特許 5753896 移動しているガラスシートの赤外加熱および／または冷却用の放射コリメータ

(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】5753896

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】移動しているガラスシートの赤外加熱および／または冷却用の放射コリメータ

(51)【国際特許分類】

   C03B 17/06 20060101AFI20150702BHJP

【ＦＩ】

   C03B17/06

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-512199(P2013-512199)

(86)(22)【出願日】2011年5月25日

(65)【公表番号】特表2013-526477(P2013-526477A)

(43)【公表日】2013年6月24日

(86)【国際出願番号】US2011037891

(87)【国際公開番号】WO2011150051

(87)【国際公開日】20111201

【審査請求日】2014年5月23日

(31)【優先権主張番号】12/787,737

(32)【優先日】2010年5月26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】バーデッテ，スティーヴン アール

【審査官】 田中 則充

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４６−００２５８８（ＪＰ，Ｂ１）

(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】

ガラス製造システムにおいて、
溶融ガラスを供給するよう構成された、少なくとも１つの槽、
前記溶融ガラスを受け入れかつガラスシートを成形するよう構成された、成形装置、
前記ガラスシートの幅に亘って加熱率または冷却率を制御するよう構成された、温度制御機器であって、
コントローラと、
前記コントローラに接続され、前記ガラスシートに対面し、前記ガラスシートの幅方向に配列された、独立に温度制御可能な複数の温度制御要素と、さらに、
前記複数の温度制御要素と前記ガラスシートとの間に、両者に平行に設けられた、前記温度制御要素とは別体の低放射率の多数の板状部材を該板状部材間に多数のセルを構成するように互いに略平行に配列してなる放射コリメータと、
を備えた温度制御機器、
前記ガラスシートを受け入れかつ延伸するよう構成された、牽引ローラアセンブリ、および、
前記ガラスシートを個々のガラスシートに切断するよう構成された、切断機、
を備え、
前記温度制御要素から放射される熱を前記放射コリメータによって方向付け、前記ガラスシートの異なる部分ごとに所望の空間分解能をもって温度制御してガラスシート内の応力を低減させおよび／またはガラスシートの厚さを制御するよう構成されたことを特徴とするガラス製造システム。

【請求項2】

前記放射コリメータの前記各セルが、前記複数の温度制御要素に対して実質上垂直な方向に開口チャネルを有し、さらに該各セルが、前記ガラスシートの運動に対して実質上平行な方向の壁を有していることを特徴とする請求項１記載のガラス製造システム。

【請求項3】

少なくとも１つの前記セルが、前記ガラスシートの運動に対して実質上垂直な方向の壁をさらに有していることを特徴とする請求項２記載のガラス製造システム。

【請求項4】

前記所望の空間分解能が約２０ｍｍであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のガラス製造システム。

【請求項5】

前記各セルの、前記開口チャネルが空間を有しかつ前記壁が長さを有し、該空間の幅および前記壁の長さとが１０〜５０の比率に従ったサイズで形成されたものであることを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載のガラス製造システム。

【請求項6】

ガラスシートを製造する方法であって、
バッチ材料を溶解して溶融ガラスを形成するステップ、
前記溶融ガラスを処理して前記ガラスシートを成形するステップ、
コントローラと；前記コントローラに接続され、前記ガラスシートに対面し、前記ガラスシートの幅方向に配列された、独立に温度制御可能な複数の温度制御要素と；前記複数の温度制御要素と前記ガラスシートとの間に、両者に平行に設けられた、前記温度制御要素とは別体の低放射率の多数の板状部材を該板状部材間に多数のセルを構成するように互いに略平行に配列してなる放射コリメータと；を備えた温度制御機器を使用して、前記ガラスシートの幅に亘り加熱率または冷却率を制御するステップ、
前記ガラスシートを延伸するステップ、および、
前記ガラスシートを個々のガラスシートに切断するステップ、
を含み、前記温度制御要素から放射される熱を前記放射コリメータによって方向付け、前記ガラスシートの異なる部分ごとに所望の空間分解能をもって温度制御してガラスシート内の応力を低減させおよび／またはガラスシートの厚さを制御することを特徴とする方法。

【請求項7】

前記放射コリメータの前記各セルが、前記複数の温度制御要素に対して実質上垂直な方向に開口チャネルを有し、さらに該各セルが、前記ガラスシートの運動に対して実質上平行な方向の壁を有していることを特徴とする請求項６記載の方法。

【請求項8】

少なくとも１つの前記セルが、前記ガラスシートの運動に対して実質上垂直な方向の壁をさらに有していることを特徴とする請求項７記載の方法。

【請求項9】

移動している材料片の幅に亘って加熱率または冷却率を制御するよう構成された、温度制御機器において、
コントローラと、
前記コントローラに接続されて、前記材料片に対面し、前記材料片の幅方向に配列された、独立に温度制御可能な複数の温度制御要素と、さらに、
前記複数の温度制御要素と前記移動している材料片との間に、両者に平行に設けられた、前記温度制御要素とは別体の低放射率の多数の板状部材を該板状部材間に多数のセルを構成するように互いに略平行に配列してなる放射コリメータであって、前記放射コリメータが複数のセルを含み、該各セルが、前記複数の温度制御要素に対して実質上垂直な方向に開口チャネルを有し、さらに該各セルが、前記移動している材料片の移動方向に対して実質上平行な方向の壁を有している、放射コリメータと、
を備え、前記温度制御要素から放射される熱を前記放射コリメータによって方向付け、前記材料片の異なる部分ごとに所望の空間分解能をもって温度制御して材料片内の応力を低減させおよび／または材料片の厚さを制御するよう構成されたことを特徴とする温度制御機器。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の説明】

【0001】

本出願は、２０１０年５月２６日に出願された米国特許出願第１２／７８７，７３７号の優先権の利益を米国特許法第１２０条の下で主張するものである。この文献の内容、および本書において言及される刊行物、特許、および特許文献の全開示が、参照することにより組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

本発明は、改良された温度制御機器を使用して、実質上応力を含まない均一な厚さのガラスシートの製造を助ける、ガラス製造システムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0003】

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのフラットパネルディスプレイに使用し得るガラスシートの製造者らは、厚さが均一で実質上応力を含まないガラスシートを製造するために、常にガラス製造システムの強化に努めている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

こういったガラスシートを製造するための、ガラス製造システムを強化する１つの手法が本発明の主題である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ガラス製造方法、ガラス製造システム、および改良された温度制御機器（温度制御要素アレイと放射コリメータとを含む）を、本出願の独立請求項に記載した。ガラス製造方法、ガラス製造システム、および改良された温度制御機器の、有利な実施形態を従属請求項に記載した。

【0006】

一態様において、本発明はガラス製造システムを提供し、このガラス製造システムは（ａ）溶融ガラスを供給するよう構成された、少なくとも１つの槽、（ｂ）溶融ガラスを受け入れかつガラスシートを成形するよう構成された、成形装置、（ｃ）ガラスシートの幅に亘って加熱率または冷却率を制御するよう構成された、温度制御機器、（ｄ）ガラスシートを受け入れかつ延伸するよう構成された、牽引ローラアセンブリ、および（ｅ）ガラスシートを個々のガラスシートに切断するよう構成された、切断機を備えている。温度制御機器は、（ｉ）コントローラと、（ｉｉ）コントローラに接続されている、温度制御要素アレイと、さらに（ｉｉｉ）温度制御要素とガラスシートとの間に位置付けられた、放射コリメータとを備えている。一例において、コントローラは各温度制御要素の温度を制御するように構成され、その結果、温度制御要素と放射コリメータとが共に組み合わさってガラスシートの異なる部分を高度な空間分解能で冷却または加熱し、ガラスシート内の応力を低減させおよび／またはガラスシートの厚さを制御する。

【0007】

別の態様において、本発明はガラス製造方法を提供し、この方法は（ａ）バッチ材料を溶解して溶融ガラスを形成するステップ、（ｂ）溶融ガラスを処理してガラスシートを成形するステップ、（ｃ）温度制御機器を使用して、ガラスシートの幅に亘り加熱率または冷却率を制御するステップ、（ｄ）ガラスシートを延伸するステップ、および（ｅ）ガラスシートを個々のガラスシートに切断するステップを含む。温度制御機器は、（ｉ）コントローラと、（ｉｉ）コントローラに接続されている、温度制御要素アレイと、さらに（ｉｉｉ）温度制御要素とガラスシートとの間に位置付けられた、放射コリメータとを備えている。一例において、コントローラは各温度制御要素の温度を制御するように構成され、その結果、温度制御要素と放射コリメータとが共に組み合わさってガラスシートの異なる部分を高度な空間分解能で冷却または加熱し、ガラスシート内の応力を低減させおよび／またはガラスシートの厚さを制御する。

【0008】

さらに別の態様において、本発明は温度制御機器を含み、この温度制御機器は、移動している材料片の幅に亘って加熱率または冷却率を制御するよう構成されている。この温度制御機器は、（ａ）コントローラと、（ｂ）コントローラに接続されている、温度制御要素アレイと、さらに（ｃ）温度制御要素アレイと移動している材料片との間に位置付けられた、放射コリメータとを備えている。放射コリメータは多数のセルを含み、この各セルは、複数の温度制御要素に対して実質上垂直な方向に開口チャネルを有し、さらにこの各セルは、移動している材料片の移動方向に対して実質上平行な方向の壁を有している。一例において、コントローラは各温度制御要素の温度を制御するように構成され、その結果、温度制御要素と放射コリメータとが共に組み合わさって材料片の異なる部分を高度な空間分解能で冷却または加熱する。

【0009】

本発明のさらなる態様は、一部は以下の詳細な説明、図面、および任意の請求項の中に明記され、そして一部は詳細な説明から導かれるであろうし、あるいは本発明を実施することにより理解できるであろう。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単なる例示および説明のためのものであり、開示される本発明を限定するものではないことを理解されたい。

【0010】

以下の詳細な説明を添付の図面と共に参照すると、本発明のより完全な理解が得られるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】本発明の一実施の形態による、フュージョンプロセスおよび改良された温度制御機器を使用してガラスシートを製造する例示的なガラス製造システムを示した概略図

【図1B】図１Ａに示したガラス製造システムの一部である、成形装置、改良された温度制御機器、および牽引ローラアセンブリを示している斜視図

【図2A】本発明の一実施の形態による改良された温度制御機器をより詳細に示した図

【図2B】本発明の一実施の形態による改良された温度制御機器をより詳細に示した図

【図2C】本発明の一実施の形態による改良された温度制御機器をより詳細に示した図

【図3】改良された温度制御機器を使用した際の利点の説明を助けるために使用される、放射形状係数の関数Ｆ_i（ｘ，ｙ）のプロット図

【図4】改良された温度制御機器の作用の説明を助けるために使用される概略図

【図5】改良された温度制御機器のテストのために行われたシミュレーションの結果を説明しているグラフ

【図6】改良された温度制御機器のテストのために行われたシミュレーションの結果を説明しているグラフ

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１Ａ〜１Ｂを参照すると、本発明の実施形態による、フュージョンプロセスおよび改良された温度制御機器１０２を用いてガラスシート１３８を製造する例示的なガラス製造システム１００の、異なった図が示されている。本書において説明するガラス製造システム１００は、フュージョンプロセスを用いてガラスシート１３８を作製するものであるが、温度制御機器１０２を任意の種類のガラス製造システム内に組み込みかつ使用することも可能であることを理解されたい。例えば、温度制御機器１０２は、フュージョンドロー、スロットドロー、ダウンドロー、または連続的なガラスシート成形プロセスを採用している任意の他のガラスシート成形方法と、組み合わせて使用することができる。したがって本発明の温度制御機器１０２は、手法が限られたものであると解釈されるべきではない。

【0013】

図１Ａに示されているように、例示的な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、撹拌チャンバ１２０）、送出槽１２５（例えば、ボウル１２５）、成形装置１１２（例えば、アイソパイプ１１２）、改良された温度制御機器１０２、牽引ローラアセンブリ１３５、およびガラスシート分離機器１４０を含んでいる。典型的には、清澄槽１１５、混合槽１２０、および送出槽１２５は、白金や、あるいは白金‐ロジウム、白金‐イリジウム、およびその混合物などの白金含有金属から作製されるが、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、またはその合金などの他の耐火性金属を含むものでもよい。成形装置１１２は典型的にはジルコンから作製される。

【0014】

溶解槽１１０では、ガラスバッチ材料が矢印１０９で示したように導入されて溶解され、溶融ガラス１２６が形成される。清澄槽１１５（例えば、清澄管１１５）は高温の処理エリアを有し、このエリアが溶解槽１１０から溶融ガラス１２６を耐火性管１１３を介して受け入れ（この位置では図示なし）、さらにこの中で溶融ガラス１２６から泡が除去される。清澄槽１１５は、清澄槽―撹拌チャンバ接続管１２２によって混合槽１２０（例えば、撹拌チャンバ１２０）に接続される。混合槽１２０は、撹拌チャンバ―ボウル接続管１２７によって送出槽１２５に接続される。送出槽１２５は下降管１２９を通じて注入口１３２に、さらに成形装置１１２内へと溶融ガラス１２６を送出する。成形装置１１２は溶融ガラス１２６を受け入れる注入口１３６を備え、この溶融ガラスは、トラフ１３７内に流入した後に両側面１２８’および１２８”から溢れ出て流れ落ち、さらに底部１３９として知られる位置で融合する。底部１３９では両側面１２８’および１２８”が合流し、ここで２つの溢れ出た溶融ガラス１２６の壁が互いに再結合（例えば、再融合）して、下方に移動するガラスシート１３８（ガラスリボン１３８）が成形される。

【0015】

温度制御機器１０２はコントローラ１４８およびフレーム１５０を含み、フレーム１５０は温度制御要素１３２（例えば、抵抗加熱型の温度制御要素１３２）のアレイと放射コリメータ１５２とを支持している（図１Ｂ参照）。温度制御要素１３２と放射コリメータ１５２とが組み合わさって、下方に移動しているガラスシート１３８の異なる部分を高度な空間分解能で冷却または加熱して、ガラスシート１３８内の応力を低減させかつガラスシート１３８の厚さを制御するように、コントローラ１４８は各温度制御要素１３２と連係してその温度を制御する（図１Ｂ参照）。フレーム１５０は、温度制御要素１３２のアレイと放射コリメータ１５２とが下方に移動するガラスシート１３８の全幅を横切って延在するように、フュージョン成形装置（図示なし）に取り付けられる。例示的な温度制御機器１０２についての詳細な考察は、図２〜６を参照して後に示す。

【0016】

牽引ローラアセンブリ１３５は２つの圧延ローラ１４９ａおよび１４９ｂを有し、これらが下方に移動するガラスシート１３８をその間で延伸する（図１Ｂ参照）。牽引ローラアセンブリ１３５はさらに、下方に移動するガラスシート１３８の厚さの制御を助ける。その後、機械的罫書き装置１４２（例えば、罫書きホイール１４２）とノージング装置１４４とを含み得るガラスシート分離機器１４０を使用し、下方に移動しているガラスシート１３８に機械的に罫書きして、これを個別のガラスシート片１３８’に分離することができる。

【0017】

図１Ｂを参照すると、温度制御要素１３２と放射コリメータ１５２とを備えた図示のフレーム１５０は、成形装置１１２と牽引ローラアセンブリ１３５との間に位置付けられている。しかしながら、温度制御要素１３２と放射コリメータ１５２とを備えたフレーム１５０を、牽引ローラアセンブリ１３５とガラスシート分離機器１４０との間に位置付けることも可能である。実際には、夫々それ自体の温度制御要素１３２アレイと放射コリメータ１５２とを備えた複数のフレーム１５０を、ガラス製造システム１００内の様々な位置に設けてもよい。所望であれば、１つの温度制御要素１３２アレイのみを含むフレームを１以上、ガラス製造システム１００内の１以上の位置で使用し、下方に移動するガラスシート１３８の幅および長さに亘る温度分布の制御をさらに助けることもできる。

【0018】

図２Ａ〜２Ｃを参照すると、本発明の一実施の形態による改良された温度制御機器１０２をより詳細に示した３つの図が示されている。温度制御機器１０２は、コントローラ１４８と、温度制御要素１３２および放射コリメータ１５２を支持しているフレーム１５０とを含んでいる。図２Ｂに示されているように、温度制御要素１３２は互いに隣に並べられ、また放射コリメータ１５２は、温度制御要素１３２に隣接して、あるいは温度制御要素１３２から少なくともわずかな距離だけ離して位置付けられる。放射コリメータ１５２はセル１５４のアレイを含み、ここで各セル１５４は、温度制御要素１３２の面に対して実質上垂直な方向（または他の方向）に開口チャネル１５６を有している。さらに各セル１５４は、下方に移動するガラスシート１３８の運動に対して実質上平行な方向（または他の方向）の壁（板状部材）１５８を有している（図４参照）。さらに、１以上のセル１５４は、下方に移動するガラスシート１３８の運動に対して実質上垂直な方向（または他の方向）の壁１６０を有し得る。ガラスシート１３８の運動に対して垂直に配向されている壁１６０は、ガラスシート１３８の移動方向における空間分解能を増加させることになり、これは、ガラス基板１３８の移動方向における赤外冷却率または加熱率の高分解能での制御が有益である場合には望ましいものとなるであろう。所望であれば、温度制御要素１３２はテクスチャ面を有するものでもよい。この特定の例において、放射コリメータ１５２は１〜１００のセル１５４のアレイを有し、これらのセルは１×１３の温度制御要素１３２のアレイからわずかな距離だけ離して位置付けられる。

【0019】

動作時には、コントローラ１４８（例えば、プロセッサ１４８ａおよびメモリ１４８ｂ）が各温度制御要素１３２の温度を制御し、その結果、温度制御要素１３２と放射コリメータ１５２とが組み合わさって、下方に移動しているガラスシート１３８の幅に亘る温度分布を正確に制御することができる。下方に移動しているガラスシート１３８の幅に亘る温度分布を正確に制御することは望ましいことであり、というのもフュージョン成形プロセスでは本質的に、ガラスシート１３８の流れに垂直な方向において、高い頻度で温度変動が生じるためである。そしてこのような温度変動によって、完成したガラスシート１３８に位相差（応力）が変化した帯状部分が生じ、これがもし考慮されなければ、液晶ディスプレイ用途などのディスプレイ用途での性能に悪影響を与えることになる。すなわち、温度制御要素１３２と放射コリメータ１５２とを組み合わせると、高度な空間分解能でガラスシート１３８を冷却（または加熱）することによって、フュージョン成形プロセスに起因する種々の温度変動を相殺して、位相差が変化した帯状部分を本質的に含まないガラスシート１３８（例えば、ＬＣＤ用ガラスシート１３８）を製造することを可能にし得る。

【0020】

改良された温度制御機器１０２はさらに、下方に移動するガラスシート１３８から放射コリメータ１５２を特定距離だけ離して置いても、下方に移動するガラスシート１３８の幅に亘る温度分布の正確な制御を依然として可能にし得るという望ましい特徴を有している。このことは重要であり、というのもフュージョン成形プロセスにおいては、開始動作の際にガラスシート１３８のための空間的な余裕を確保するために、そして通常の動作中にはガラスシート１３８が動き得るように、ガラスシート１３８と放射コリメータ１５２との間に少なくとも５０ｍｍの空間を設けるべきであるためである。この点で、各セル１５４の開口チャネル１５６の空間とその壁１５８の長さとのサイズが、下方に移動しているガラスシート１３８を所望の空間分解能に合わせて温度制御要素１３２で冷却または加熱するよう制御できるようなサイズとなるように、放射コリメータ１５２は設計される。例えば、個々に冷却または加熱され得るガラスシート１３８の特定部分の幅に対応する所望の空間分解能は、約７５ｍｍとなり得、あるいはより好適には約５０ｍｍ、あるいはさらに好適には約２０ｍｍとなり得る。

【0021】

次に示す考察では、改良された温度制御機器１０２、特に温度制御要素１３２および放射コリメータ１５２を、どのように構成し得るかについて、さらにこれらをどのように使用して、移動しているガラスシート１３８またはさらに言うなら任意の他の基板や他の材料片の、冷却（例えば）を制御し得るかについて、より詳細に説明する。最初に、放射コリメータ１５２が設けられていない平面的な温度制御要素１３２の直線状アレイを通過して動いている、高温の平面的なガラスシート１３８（例えば、基板１３８）について検討する。各温度制御要素１３２を異なる温度で保持して、ガラスシート１３８に亘り差別的に冷却を加えることができる。以下の変数を定義する。

【0022】

Ｗ 運動方向に垂直な、ガラスシート１３８の幅
Ｔ_s 一定であると仮定した、ガラスシート１３８の温度
ｗ_i ｉ番目の冷却温度制御要素１３２の幅
Ｔ_i ｉ番目の冷却温度制御要素１３２の温度
ｈ 全て同じであると仮定した、冷却温度制御要素１３２の高さ
ｘ ガラスシート１３８の幅を横切る方向の座標
ｙ ガラスシート１３８が動く方向の座標であって、冷却温度制御要素１３２の中心をｙ＝０とする
ｘ_i ｉ番目の冷却温度制御要素１３２の中心でのｘ座標の値
ｙ_i ｉ番目の冷却温度制御要素１３２の中心でのｙ座標の値
Δｚ ガラスシート１３８と冷却温度制御要素１３２のアレイとの間の垂直距離

【0023】

ｉ番目の冷却温度制御要素１３２とガラスシート１３８上の位置（ｘ，ｙ）での差別的要素（differential element）との間の放射形状係数は、ｉ番目の冷却温度制御要素１３２から出てガラスシート１３８の差別的要素上に注がれる放射エネルギーの分数として定義される。関数Ｆ_i（ｘ，ｙ）は本書において、差別的要素の面積で除算された、ｉ番目の冷却温度制御要素１３２とガラスシート１３８上の（ｘ，ｙ）での差別的要素との間の放射形状係数として定義される。関数Ｆ_i（ｘ，ｙ）は以下の式で与えられる。

【数1】

【0024】

図３にプロットしたシミュレーションに対して、放射形状係数の関数Ｆ_i（ｘ，ｙ）はいくつかの実例値を有する。このとき、ｘ_i＝０、Δｚ＝０．２００ｍ、ｗ_i＝０．０２５ｍ、ｈ＝０．１ｍである。このプロット図において、線３０２はＦ_i（ｘ，０）に関し、線３０４はＦ_i（ｘ，０．１）に関し、さらに線３０６はＦ_i（ｘ，０．２）に関する。ｘ軸およびｙ軸の座標の単位はメートルである。

【0025】

ガラスシート１３８からｉ番目の冷却温度制御要素１３２への放射熱流束（単位面積当たりの放射パワー）は以下の式で与えられる。

【数2】

【0026】

ガラスシート１３８の温度が冷却用のｉ番目の冷却温度制御要素１３２よりも高いときにはいつでも、移動しているガラスシート１３８はこの流束により冷却される。ｉ番目の冷却温度制御要素１３２の温度がガラスシート１３８の温度よりも高い場合には、ガラスシート１３８は加熱され、このときｉ番目の冷却温度制御要素１３２は加熱要素と称されるべきである。ここで、σはステファン・ボルツマン定数、ε_sはガラスシート１３８の放射率、ε_iはｉ番目の冷却温度制御要素１３２の放射率、そして全ての表面は放射に対して灰色体であると仮定する。ガラスシート１３８上の任意の点からの放射熱流束の合計は、個々の冷却要素の流束を全て足したものである。

【0027】

図３では、ｉ番目の冷却温度制御要素１３２の冷却効果の幅が、ｉ番目の冷却温度制御要素１３２の幅ｗ_iよりも大幅に大きいことが分かる。したがって、冷却温度制御要素１３２をガラスシート１３８により近づけると、ガラスシート１３８上への冷却効果の有効幅は減少することになる。しかしながら、フュージョンプロセスなどの多くの用途においては、必要な空間分解能が得られるほど十分に冷却温度制御要素１３２をガラスシート１３８に近づけることは現実的ではない。例えば、５０ｍｍの空間分解能を必要とする場合には、冷却温度制御要素１３２をガラスシート１３８から約３０ｍｍの位置とするべきであるが、フュージョンプロセスを参照して上述したように、これほどガラスシート１３８に近づけることは望ましくない。

【0028】

本発明においては、放射コリメータ１５２を加えることによって、さらに放射コリメータ１５２を冷却温度制御要素１３２とガラスシート１３８との間に置くことによって、この問題を解決する。放射コリメータ１５２を、少なくともフュージョンプロセスにおいて使用して、ガラスシート１３８の運動に垂直な方向における冷却の空間分解能を増加させる。なお、本書における考察を、無限に高い温度制御要素１３２に基づくものとしてもよく、これは図３のプロットにおいてｈ＝∞とすると形態係数の値は変わるが、ｘに伴うその変動の形状は変わらないためである。本書では、放射コリメータ１５２および冷却温度制御要素１３２に対し、高さすなわちｙ方向を無限範囲のものとして分析を行うが、フュージョン成形用途において使用される放射コリメータ１５２および冷却温度制御要素１３２は、通常約５０〜４００ｍｍの範囲に広がる有限の高さを有しているであろう。図４を用いて、放射コリメータ１５２が冷却温度制御要素１３２とガラスシート１３８との間に設置されたときに、どのように機能するかについて示す。

【0029】

図４に示されているように、ガラスシート１３８から垂直方向または垂直に近い方向に出て行った熱線４０２は、放射コリメータ１５２内の開口チャネル１５６を直接通過した後、１以上の冷却温度制御要素１３２に受け止められる。これに対して、ガラスシート１３８から斜めの方向に出て行った熱線４０４は、放射コリメータ１５２の壁１５８で何度も反射された後に、最終的に冷却温度制御要素１３２に到達し得る。あるいは、ガラスシート１３８から斜めに出て行った熱線４０４は、プロセス条件によって、放射コリメータ１５２に吸収されて壁１５８を加熱または冷却することがある。いずれの場合でも、放射コリメータ１５２によって、ガラスシート１３８の運動に垂直な方向における冷却の空間分解能が増加し、これにより位相差（応力）のある帯状部分を含まない、あるいはほとんど含まない、ガラスシート１３８が生成される。

【0030】

セル１５４内の開口チャネル１５６の間隔が幅広であると、冷却温度制御要素１３２の空間分解能を増加させる点で有効性が減少するため、放射コリメータ１５２のサイズは重要である。さらに、セル１５４の壁１５８が短いと、冷却温度制御要素１３２の空間分解能を増加させるための放射コリメータ１５２の有効性が減少する。しかしながら、長くて狭いセル１５４は概して断熱効果を有するため、冷却を可能にするということと、冷却温度制御要素１３２の空間分解能を増加させるということとの間でバランスを取ることが必要である。このトレードオフを評価するために、ソフトウェアパッケージＦｌｕｅｎｔを使用して例示的なシミュレーションをいくつか行った。その結果を図５〜６に示した。

【0031】

図５を参照すると、Ｆｌｕｅｎｔシミュレーションの概要を説明した図が示されており、この図は、２５ｍｍ幅の温度制御要素１３２と、温度制御要素１３２から４０１ｍｍかつ放射コリメータ１５２から２００ｍｍの位置に位置付けられている１ｍ幅のガラスシート１３８（シミュレーション基板１３８）とを使用したときの、温度分布を単位℃で示したものである。シミュレーションの中で、放射コリメータ１５２からガラスシート１３８までの距離は一定のままとし、放射コリメータ１５２の長さは変化させた。すなわち、ガラスシート１３８から温度制御要素１３２までの距離はさまざまなものとなった。この特定のシミュレーションにおいて、基板１３８は１１００℃であり、一方温度制御要素１３２は中心の温度制御要素１３２’を除いて１１００℃であり、中心の温度制御要素１３２’を１０００℃となるようにシミュレーションした。このＦｌｕｅｎｔシミュレーションの結果に関する詳細な考察を次に示すが、この考察は放射コリメータ１５２を使用することに起因する、冷却の空間分解能の強化に関連したものである。

【0032】

図６を参照すると、放射コリメータ１５２が存在することでシミュレーション基板１３８上の冷却空間分解能がどのように強化されるかについて説明したグラフが示されている。このグラフでは、いくつかの異なる形状の放射コリメータ１５２に対する、シミュレーション基板１３８からの放射流束をプロットした。特に、ｙ軸は基板の流束（Ｗ／ｍ²）を表し、ｘ軸は基板１３８上の空間距離（メートル）を表し、また異なる形状の放射コリメータ１５２に基づく、いくつかの異なる流束は次の通りである。すなわち、（１）線６０２は、放射コリメータ１５２が１ｍｍ幅の開口チャネル１５６と長さ５０ｍｍの壁１５８とを有しているときの流束を表し、（２）線６０４は、放射コリメータ１５２が５ｍｍ幅の開口チャネル１５６と長さ１００ｍｍの壁１５８とを有しているときの流束を表し、（３）線６０６は、放射コリメータ１５２が５ｍｍ幅の開口チャネル１５６と長さ２００ｍｍの壁１５８とを有しているときの流束を表し、さらに（４）線６０８は、放射コリメータ１５２が存在していないときの流束を表す。このシミュレーションにおいて、グリッド（セル１５４）は放射率０．４の拡散特性を有したものであり、また放射コリメータ１５２を温度制御要素１３２から１ｍｍ離して設置した。

【0033】

図６から、放射コリメータ１５２の、断熱効果および強化された冷却空間分解能が容易に分かるであろう。これらおよび他の結果から、放射コリメータ１５２のセル１５４内における開口チャネル１５６の空間と壁１５８の深さとの間の比率が約１０〜５０であるときに、過剰に断熱することなく所望の空間分解能の強化が可能になる、適した妥協点となることがわかる。さらに、深さ５０ｍｍの壁１５８と幅１ｍｍのセル１５４とを有する放射コリメータ１５２を備えた冷却温度制御要素１３２のアレイが基板１３８から２００ｍｍのところに位置していると、放射コリメータ１５２を備えていない、基板１３８から３０ｍｍのところに位置した同じ冷却温度制御要素１３２と同様の空間分解能が得られることを、図６のデータは示している。この場合、放射コリメータ１５２を使用することで、基板の空間的な余裕が３０ｍｍから２００ｍｍまで増加することになる。したがって、放射コリメータ１５２によれば、所与の空間冷却分解能で基板１３８の空間的余裕を大幅に増加させることができる。

【0034】

放射コリメータ１５２に使用される材料の性質も、分解能強化に対するその有効性と、その断熱特性に影響を与えるはずである。一般に、放射コリメータ１５２は低放射率の材料を組み込んでいたが、これが低い断熱性をもたらし、かつ分解能の強化を低下させることになる。しかし、Ｆｌｕｅｎｔまたは他のシミュレーションソフトウェアで設計シミュレーションを行って、放射コリメータ１５２用の光学材料の特性および形状を、特定の用途に応じて決定することもできる。本書で示されるシミュレーション結果によれば、放射コリメータ１５２を金属箔や、ガラス処理用途にも特によく適している押出セラミック材料から作製すると、平坦なガラスシート１３８のフュージョン成形を含む用途にとって望ましい性質が容易に得られることが示される。

【0035】

これまで述べたことから、本発明の一実施の形態が、放射コリメータ１５２を介して冷却または加熱されているガラスシート１３８から分離されている、加熱および／または冷却要素１３２のアレイを備えた温度制御機器１０２を含み、この放射コリメータ１５２が、加熱および／または冷却要素１３２の面に垂直な方向に多数の真直ぐな開口チャネル１５６を備えたものであることは、当業者には明らかであろう。例えば、放射コリメータ１５２は、押出成形された触媒コンバータ基材に類似した開口チャネル２５４を有するものでもよい。放射コリメータ１５２によれば、加熱および冷却要素１３２から離れているガラスシート１３８の幅に亘る加熱および冷却を、空間的に分解することができる。所望であれば、放射コリメータ１５２は種々の加熱および冷却要素１３２とともに使用することができ、その要素の数および間隔は、ガラスシート１３８での加熱または冷却流束のかなりの部分を放射が占めるものであれば、任意のものとしてもよい。

【0036】

本書における考察は、フュージョンプロセスでガラスシート１３８を成形する用途において、改良された温度制御機器１０２を使用するものに基づいている。フュージョンプロセス自体についてのより詳細な考察として、同一出願人による米国特許第３，３３８，６９６号明細書および同第３，６８２，６０９号明細書（これらの文献の内容が参照することにより本書に組み込まれる）を参照する。しかしながら、処理対象の材料に加熱および／または冷却要素を近接させることが望ましくない場合には、材料片の加熱および／または冷却を空間的に分解する必要がある任意のプロセスで、この改良された温度制御機器１０２を使用することも可能であることは明らかであろう。

【0037】

本発明のいくつかの実施形態を、添付の図面に示し、かつ前述の詳細な説明の中で説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限られるものではなく、以下の請求項により明記および画成される本発明から逸脱することなく、多くの再構成、改変および置換えが可能であることを理解されたい。さらに、本書において「本発明」または「発明」に言及した場合には、これは例示的な実施形態に関するものであって、必ずしも添付の請求項に包含される全ての実施形態に関するものではないことに留意されたい。

【0038】

Ｃ１．ガラス製造システムにおいて、溶融ガラスを供給するよう構成された、少なくとも１つの槽、前記溶融ガラスを受け入れかつガラスシートを成形するよう構成された、成形装置、前記ガラスシートの幅に亘って加熱率または冷却率を制御するよう構成された、温度制御機器であって、コントローラと、前記コントローラに接続されている複数の温度制御要素と、さらに、前記複数の温度制御要素と前記ガラスシートとの間に位置付けられた、放射コリメータと、を備えている温度制御機器、前記ガラスシートを受け入れかつ延伸するよう構成された、牽引ローラアセンブリ、および、前記ガラスシートを個々のガラスシートに切断するよう構成された、切断機、を備えていることを特徴とするガラス製造システム。

【0039】

Ｃ２．前記放射コリメータが複数のセルを含み、該各セルが、前記複数の温度制御要素に対して実質上垂直な方向に開口チャネルを有し、さらに該各セルが、前記ガラスシートの運動に対して実質上平行な方向の壁を有していることを特徴とするＣ１記載のガラス製造システム。

【0040】

Ｃ３．少なくとも１つの前記セルが、前記ガラスシートの運動に対して実質上垂直な方向の壁をさらに有していることを特徴とするＣ２記載のガラス製造システム。

【0041】

Ｃ４．前記コントローラが、前記放射コリメータと前記温度制御要素とが組み合わさって前記ガラスシートの異なる部分を所望の空間分解能に合わせて加熱または冷却し、該ガラスシートの応力を低減させかつ該ガラスシートの厚さを制御するように前記各温度制御要素の温度を制御するように構成されたことを特徴とするＣ２記載のガラス製造システム。

【0042】

Ｃ５．前記所望の空間分解能が約７５ｍｍであることを特徴とするＣ４記載のガラス製造システム。

【0043】

Ｃ６．前記所望の空間分解能が約５０ｍｍであることを特徴とするＣ４記載のガラス製造システム。

【0044】

Ｃ７．前記所望の空間分解能が約２０ｍｍであることを特徴とするＣ４記載のガラス製造システム。

【0045】

Ｃ８．前記各セルの、前記開口チャネルが空間を有しかつ前記壁が長さを有し、該空間および長さが夫々、約１０〜５０の比率に従ったサイズで形成されたものであることを特徴とするＣ２記載のガラス製造システム。

【0046】

Ｃ９．前記放射コリメータが、前記ガラスシートから少なくとも５０ｍｍ離れて位置していることを特徴とするＣ１記載のガラス製造システム。

【0047】

Ｃ１０．前記複数の温度制御要素および前記放射コリメータが、前記成形装置と前記牽引ローラアセンブリとの間に位置していることを特徴とするＣ１記載のガラス製造システム。

【0048】

Ｃ１１．前記複数の温度制御要素および前記放射コリメータが、前記牽引ローラアセンブリと前記切断機との間に位置していることを特徴とするＣ１記載のガラス製造システム。

【0049】

Ｃ１２．前記温度制御機器が、前記複数の温度制御要素と前記放射コリメータとを支持するフレームをさらに備えていることを特徴とするＣ１記載のガラス製造システム。

【0050】

Ｃ１３．前記複数の温度制御要素と前記放射コリメータとの組を、複数備えていることを特徴とするＣ１記載のガラス製造システム。

【0051】

Ｃ１４．ガラスシートを製造する方法であって、バッチ材料を溶解して溶融ガラスを形成するステップ、前記溶融ガラスを処理して前記ガラスシートを成形するステップ、コントローラと、前記コントローラに接続されている複数の温度制御要素と、前記複数の温度制御要素と前記ガラスシートとの間に位置付けられた、放射コリメータとを備えた温度制御機器を使用して、前記ガラスシートの幅に亘り加熱率または冷却率を制御するステップ、前記ガラスシートを延伸するステップ、および、前記ガラスシートを個々のガラスシートに切断するステップ、を含んでいることを特徴とする方法。

【0052】

Ｃ１５．前記放射コリメータが複数のセルを含み、該各セルが、前記複数の温度制御要素に対して実質上垂直な方向に開口チャネルを有し、さらに該各セルが、前記ガラスシートの運動に対して実質上平行な方向の壁を有していることを特徴とするＣ１４記載の方法。

【0053】

Ｃ１６．少なくとも１つの前記セルが、前記ガラスシートの運動に対して実質上垂直な方向の壁をさらに有していることを特徴とするＣ１５記載の方法。

【0054】

Ｃ１７．前記コントローラが、前記放射コリメータと前記温度制御要素とが組み合わさって前記ガラスシートの異なる部分を所望の空間分解能に合わせて加熱または冷却し、該ガラスシートの応力を低減させかつ該ガラスシートの厚さを制御するように前記各温度制御要素の温度を制御するように構成されたことを特徴とするＣ１５記載の方法。

【0055】

Ｃ１８．前記各セルの、前記開口チャネルが空間を有しかつ前記壁が長さを有し、該空間および長さが夫々、約１０〜５０の比率に従ったサイズで形成されたものであることを特徴とするＣ１５記載の方法。

【0056】

Ｃ１９．前記温度制御機器が、前記複数の温度制御要素と前記放射コリメータとを支持するフレームをさらに備えていることを特徴とするＣ１５記載の方法。

【0057】

Ｃ２０．移動している材料片の幅に亘って加熱率または冷却率を制御するよう構成された、温度制御機器において、コントローラと、前記コントローラに接続されている複数の温度制御要素と、さらに、前記複数の温度制御要素と前記移動している材料片との間に位置付けられた、放射コリメータであって、前記放射コリメータが複数のセルを含み、該各セルが、前記複数の温度制御要素に対して実質上垂直な方向に開口チャネルを有し、さらに該各セルが、前記移動している材料片の移動方向に対して実質上平行な方向の壁を有している放射コリメータとを備えたことを特徴とする温度制御機器。

【0058】

Ｃ２１．前記コントローラが、前記放射コリメータと前記温度制御要素とが組み合わさって前記移動している材料片の異なる部分を所望の空間分解能に合わせて加熱または冷却し、該移動している材料片の応力を低減させかつ該移動している材料片の厚さを制御するように前記各温度制御要素の温度を制御するように構成されたことを特徴とするＣ２０記載の温度制御機器。

【符号の説明】

【0059】

１０２ 温度制御機器
１３２ 温度制御要素
１３５ 牽引ローラアセンブリ
１３８ ガラスシート
１４８ コントローラ
１５０ フレーム
１５２ 放射コリメータ
１５４ セル
１５６ 開口チャネル
１５８ 壁
１６０ 壁

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】