(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部、第１側面表面、および該第１側面表面に底部で結合している第２側面表面、を備えた成形本体を用いて、オーバーフロープロセスによりガラスシートを製造する方法であって、溶融ガラスを前記第１側面表面上に少なくとも部分的に溢れ出させて第１ガラスリボンを成形する工程、溶融ガラスを前記第２側面表面上に少なくとも部分的に溢れ出させて第２ガラスリボンを成形する工程、さらに前記第１ガラスリボンと前記第２ガラスリボンとを前記底部で融合させて第３ガラスリボンを成形する工程、を含み、
（Ａ）前記第１側面表面が、第１側面加熱プレートによって放射加熱され、該第１側面加熱プレートが、該第１側面加熱プレートの背後に位置付けられた、個別に監視および制御される加熱素子から成る第１アレイによって加熱されるものであり、
（Ｂ）前記第２側面表面が、第２側面加熱プレートによって放射加熱され、該第２側面加熱プレートが、該第２側面加熱プレートの背後に位置付けられた、個別に監視および制御される加熱素子から成る第２アレイによって加熱されるものであり、さらに、
（Ｃ）前記第１および第２アレイ内の不具合のある加熱素子の加熱電力が閾値まで減少した場合に、該不具合のある加熱素子に隣接する機能している加熱素子の加熱電力を増加させるように前記第１および第２アレイの前記加熱素子の加熱電力を制御して、前記側面表面のある部分と、前記側面表面の該部分の下のバルクとの間に望ましくない温度勾配が生じないようにすることを特徴とする方法。
【請求項２】
任意の所与の時点で、前記第１および第２側面表面の厚さ５ｃｍの最上層での温度勾配が、最大で１００℃の水準で維持されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１および第２側面加熱プレートが、ＳｉＣまたはＳｉ3Ｎ4で作製され、かつ最大で５０ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記加熱素子が、本質的に直線状であり、かつ前記底部に平行であることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
ＤＴＴＢを前記成形本体の前記上部と前記底部との間の温度差の平均値としたとき、前記成形本体の前記上部と前記底部との間の温度差が、ＤＴＴＢ−２５℃からＤＴＴＢ＋２５℃で維持されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２アレイの加熱素子内の加熱素子が、隣接する加熱素子と分離板によって分離されていることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項７】
フュージョンドロープロセスによってガラスシートを製造する装置であって、
（ｉ）上部と、第１側面表面と、該第１側面表面に底部で結合している第２側面表面とを備えた成形本体、
（ｉｉ）前記第１側面表面を放射加熱するのに適応した、該第１側面表面に近接している第１側面加熱プレート、
（ｉｉｉ）前記第１側面加熱プレートの背後に位置付けられた加熱素子から成る第１アレイ、
（ｉｖ）前記第２側面表面を放射加熱するのに適応した、該第２側面表面に近接している第２側面加熱プレート、
（ｖ）前記第２側面加熱プレートの背後に位置付けられた加熱素子から成る第２アレイ、および、
（ｖｉ）前記第１および第２アレイの加熱素子内の加熱素子の加熱電力を監視、制御、および調節するのに適応した電力供給ユニットであって、機能している加熱素子に隣接している不具合のある加熱素子の加熱電力が閾値まで減少した場合に、該機能している加熱素子の加熱電力を増加させる制御モジュールを備えている、電力供給ユニット、
を備えていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスシートを製造する装置および方法に関する。特に、本発明は、ガラスシートを製造するためのフュージョンダウンドロー装置および方法に関する。本発明は、例えば、ＬＣＤ基板用ガラスシートの製造に有用である。
【背景技術】
【０００２】
清浄な表面品質を有するＬＣＤディスプレイ用の高品質ガラス基板を製造する主要プロセスにフュージョンダウンドロープロセスがある。フュージョンダウンドロープロセスの成形装置（以後「成形本体」とする）が、典型的にはアイソパイプと呼ばれるが、図１に示されている。図示の成形本体１００は、トラフ状部分１０３と楔状部分１０７とを含む。溶融ガラスが入口チューブ１０１からトラフ状部分に導入される。溶融ガラス流は、トラフ状部分の両側から溢れ出て、トラフ状部分および楔状部分の両側面上を下降し、成形本体の各側面表面上でガラスリボンを成形する。２つのガラスリボンは、典型的には成形本体の底部と呼ばれる楔状部分の下部１０９で合流し、その位置で融合して、成形本体の表面に触れたことのない２つの清浄な表面を有する単一のガラスリボン１１１が成形される。ガラスリボン１１１は、その後典型的には底部から下方に延伸されて所望の厚さとなり、さらに冷却されて硬いガラスシートが形成される。ガラスシート製品を、所望の厚さ、厚さ均一性、および他の所望の物理的特性で繰返し製造するために、成形本体の上部から底部のすぐ下までのガラスリボンの温度は、非常に注意深く制御される。
【０００３】
成形本体は、典型的には、ジルコンセラミックなどの材料で作られた１以上の耐火性ブロックを含む。成形本体の寸法上および幾何学的安定性、および側面表面の品質は、製造されるガラスシート製品の品質に著しい影響を与える。
【０００４】
成形本体材料の温度勾配は、成形本体のバルク内および／または表面付近に応力を生じさせる可能性がある。応力があまりにも高いと、成形本体の表面亀裂や寸法上および幾何学的歪み、さらには破壊にさえ繋がる可能性がある。そのため、成形本体がその耐用期間中に受ける温度勾配は、慎重に制御する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、フュージョンドロープロセス中に成形本体の熱環境を効果的に制御する方法および装置が必要とされている。
【０００６】
本発明は、こういった要求や他の要求を満足するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のいくつかの態様がここで開示される。これらの態様は、互いに重複しているかもしれないし、重複していないかもしれないことを理解されたい。すなわち、ある態様の１部は別の態様の範囲内であるかもしれないし、逆も同様である。文脈の中で反対の指示をしていなければ、異なる態様は範囲が互いに重複していると考えられるものとする。
【０００８】
各態様はいくつかの実施形態によって図示され、この実施形態は１以上の具体的実施形態を含み得る。この実施形態は、互いに重複しているかもしれないし、重複していないかもしれないことを理解されたい。すなわち、ある実施形態の１部またはその具体的実施形態は、別の実施形態またはその具体的実施形態の範囲内であるかもしれないし、範囲内ではないかもしれないし、逆も同様である。文脈の中で反対の指示をしていなければ、異なる実施形態は範囲が互いに重複していると考えられるものとする。
【０００９】
本開示の第１の態様によれば、上部、第１側面表面、およびこの第１側面表面に底部で結合している第２側面表面、を備えた成形本体を用いて、オーバーフロープロセスによりガラスシートを製造する方法が提供され、この方法は、溶融ガラスを第１側面表面上に少なくとも部分的に溢れ出させて第１ガラスリボンを成形する工程、溶融ガラスを第２側面表面上に少なくとも部分的に溢れ出させて第２ガラスリボンを成形する工程、さらに第１ガラスリボンと第２ガラスリボンとを底部で融合させて第３ガラスリボンを成形する工程、を含み、
（Ａ）第１側面表面が、第１側面加熱プレートによって放射加熱され、この第１側面加熱プレートが、第１側面加熱プレートの背後に位置付けられた、個別に監視および制御される加熱素子から成る第１アレイによって加熱されるものであり、
（Ｂ）第２側面表面が、第２側面加熱プレートによって放射加熱され、この第２側面加熱プレートが、第２側面加熱プレートの背後に位置付けられた、個別に監視および制御される加熱素子から成る第２アレイによって加熱されるものであり、さらに、
（Ｃ）第１および第２アレイ内の不具合のある加熱素子の加熱電力が閾値まで減少した場合に、この不具合のある加熱素子に隣接する機能している加熱素子の加熱電力を増加させるように第１および第２アレイの加熱素子の加熱電力を制御して、側面表面のある部分と、側面表面のこの部分の下のバルクとの間に望ましくない温度勾配が生じないようにする。
【００１０】
本発明の第１の態様の特定の実施形態においては、第１および第２アレイ内の不具合のある加熱素子の加熱電力が閾値まで減少した場合、全ての隣接する機能している加熱素子の加熱電力を増加させる。
【００１１】
本発明の第１の態様の特定の実施形態においては、任意の所与の時点で、第１および第２側面表面の厚さ５ｃｍの最上層での温度勾配が、最大で１００℃の水準で維持され、特定の実施形態においては最大で８０℃、特定の実施形態においては最大で６０℃、特定の実施形態においては最大で５０℃、特定の実施形態においては最大で４０℃、特定の実施形態においては最大で３０℃、特定の実施形態においては最大で２０℃、特定の実施形態においては最大で１０℃の水準で維持される。
【００１２】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、成形本体は、第１側面加熱プレートと、第２側面加熱プレートと、第１および第２側面加熱プレートを接続している、成形本体上部の上方の上部プレートとによって画成される、エンクロージャの内部にある。
【００１３】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１および第２側面加熱プレートは、白金、白金含有合金、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、およびＢｅＯから選択された材料で作られる。
【００１４】
本発明の第１の態様の特定の実施形態においては、重力ベクトルに平行で底部を通る平面に対して、成形本体は対称である。
【００１５】
本発明の第１の態様の特定の実施形態においては、重力ベクトルに平行で底部を通る平面に対して、第１および第２側面加熱プレートは対称である。
【００１６】
本発明の第１の態様の特定の実施形態においては、重力ベクトルに平行で底部を通る平面に対して、加熱素子の第１および第２アレイは対称である。
【００１７】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、上部プレートは、白金、白金含有合金、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、およびＢｅＯから選択された材料で作られる。
【００１８】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、上部プレートと、第１および第２側面加熱プレートは、同じ材料で作られる。
【００１９】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、上部プレートは、上部プレートの上方に位置付けられた加熱素子の第３アレイによってさらに加熱される。
【００２０】
本発明の第１の態様の特定の実施形態においては、重力ベクトルに平行で底部を通る平面に対して、加熱素子の第３アレイは対称である。
【００２１】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１および第２側面加熱プレートは、ＳｉＣまたはＳｉ3Ｎ4で作製され、かつ、最大で５０ｍｍの厚さを有し、特定の実施形態においては最大で４０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で３０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で２０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で１０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で５ｍｍの厚さを有する。
【００２２】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１および第２アレイ内の加熱素子は直線状である。
【００２３】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第３アレイ内の加熱素子は直線状である。
【００２４】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、加熱素子は、底部に本質的に平行である。
【００２５】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、ＤＴＴＢを成形本体の上部と底部との間の温度差の平均値としたとき、成形本体の上部と底部との間の温度差は、ＤＴＴＢ−２５℃からＤＴＴＢ＋２５℃で維持され、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−２０℃からＤＴＴＢ＋２０℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−１５℃からＤＴＴＢ＋１５℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−１０℃からＤＴＴＢ＋１０℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−５℃からＤＴＴＢ＋５℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−２℃からＤＴＴＢ＋２℃で維持される。
【００２６】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、成形本体の亀裂は温度勾配によって回避される。
【００２７】
本発明の第１の態様の特定の実施形態において、第１および第２アレイの加熱素子内の加熱素子は、隣接する加熱素子と分離板によって分離されている。特定のさらなる具体的実施形態において、全ての加熱素子は、その隣接する加熱素子と分離板によって分離されている。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、フュージョンドロープロセスによってガラスシートを製造する装置であって、この装置は、
（ｉ）上部と、第１側面表面と、この第１側面表面に底部で結合している第２側面表面とを備えた成形本体、
（ｉｉ）第１側面表面を放射加熱するのに適応した、第１側面表面に近接している第１側面加熱プレート、
（ｉｉｉ）第１側面加熱プレートの背後に位置付けられた加熱素子から成る第１アレイ、
（ｉｖ）第２側面表面を放射加熱するのに適応した、第２側面表面に近接している第２側面加熱プレート、
（ｖ）第２側面加熱プレートの背後に位置付けられた加熱素子から成る第２アレイ、および、
（ｖｉ）第１および第２アレイの加熱素子内の加熱素子の加熱電力を監視、制御、および調節するのに適応した電力供給ユニットであって、機能している加熱素子に隣接している不具合のある加熱素子の加熱電力が閾値まで減少した場合に、この機能している加熱素子の加熱電力を増加させる制御モジュールを備えている、電力供給ユニット、
を備えている。
【００２９】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、電力供給ユニットは、隣接している不具合のある加熱素子の加熱電力が閾値まで減少した場合に、全ての機能している加熱素子の加熱電力を増加させる制御モジュールを備えている。
【００３０】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、この装置は、第１および第２側面加熱プレートを接続している、成形本体上部の上方の上部プレートを備え、さらに第１および第２側面加熱プレートと上部プレートとによって、成形本体を収容するエンクロージャが画成される。
【００３１】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、第１および第２側面加熱プレートは、白金、白金含有合金、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、およびＢｅＯから選択された材料で作られる。
【００３２】
本発明の第２の態様の特定の実施形態においては、重力ベクトルに平行で底部を通る平面に対して、成形本体は対称である。
【００３３】
本発明の第２の態様の特定の実施形態においては、重力ベクトルに平行で底部を通る平面に対して、第１および第２側面加熱プレートは対称である。
【００３４】
本発明の第２の態様の特定の実施形態においては、重力ベクトルに平行で底部を通る平面に対して、加熱素子の第１および第２アレイは対称である。
【００３５】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、上部プレートは、白金、白金含有合金、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、およびＢｅＯから選択された材料で作られる。
【００３６】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、上部プレートと、第１および第２側面加熱プレートは、同じ材料で作られる。
【００３７】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、この装置は、上部プレート上方の上部プレートに近接した位置に、加熱素子の第３アレイをさらに備えている。
【００３８】
本発明の第２の態様の特定の実施形態においては、重力ベクトルに平行で底部を通る平面に対して、加熱素子の第３アレイは対称である。
【００３９】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、第１および第２側面加熱プレートは、ＳｉＣまたはＳｉ3Ｎ4で作製され、かつ、最大で５０ｍｍの厚さを有し、特定の実施形態においては最大で４０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で３０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で２０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で１０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で５ｍｍの厚さを有する。
【００４０】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、第１および第２アレイ内の加熱素子は直線状である。
【００４１】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、第３アレイ内の加熱素子は直線状である。
【００４２】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、加熱素子は、底部に本質的に平行である。
【００４３】
本発明の第２の態様の特定の実施形態において、第１および第２アレイの加熱素子内の加熱素子は、隣接する加熱素子と分離板によって分離されている。特定のさらなる具体的実施形態において、全ての加熱素子は、その隣接する加熱素子と分離板によって分離されている。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の１以上の実施形態は、以下の利点の１つ以上を有している。加熱素子が故障した直後に、隣接する加熱素子の加熱電力を増加させることによって、本発明は、故障した加熱素子が調整している成形本体の表面領域で温度勾配が高くなる蓋然性を著しく減少させ、それにより、成形本体のその領域における表面亀裂の蓋然性を減少させて、プロセスの安定性とシステムの寿命を著しく向上させる。
【００４５】
本発明のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中で明らかにされ、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは書かれた説明、請求項や添付の図面において説明されたように本発明を実施することにより認識されるであろう。
【００４６】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に本発明を例示したものであり、請求される本発明の本質および特性を理解するための概要または構想を提供することを意図したものであることを理解されたい。
【００４７】
添付の図面は、本発明をさらに理解することができるように含まれているものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】フュージョンダウンドロープロセスによってガラスリボンを製造するよう動作している成形本体を示す概略図
【図２】本発明の一実施の形態による、エンクロージャの内部に収容された、ガラスリボンを製造するよう動作している成形本体を示す概略図
【図３】本発明の別の実施の形態による、エンクロージャの内部に収容された、ガラスリボンを製造するよう動作している成形本体を示す概略図
【図４】本発明のさらに別の実施の形態による、エンクロージャの内部に収容された、ガラスリボンを製造するよう動作している成形本体を示す概略図
【図５】本発明のさらに別の実施の形態による、エンクロージャの内部に収容された、ガラスリボンを製造するよう動作している成形本体を示す概略図
【図６】本発明による実施形態と本発明に準じていない実施形態とにおいて、成形本体が受け得る最大応力を比較したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００４９】
他に指示されていなければ、本明細書および請求項において用いられている、含有物の重量パーセント、寸法、および特定の物理的特性の値、を表している全ての数値は、全ての事例において「約」という用語により修飾されると理解されたい。また、本明細書および請求項において用いられている正確な数値は、本発明のさらなる実施形態を形成することも理解されたい。実施例において開示される数値の確度を確保する努力は行ってきた。しかしながら、任意の測定された数値は、その夫々の測定技術に見られる標準偏差によって生じる一定の誤差を本質的に含む可能性がある。本発明の説明および請求において、本書では、単数形の使用は「少なくとも１つ」を意味し、明確に反対の指示がなければ「唯一」に限定するべきではない。
【００５０】
フュージョン成形プロセスは、成形本体を室温からその動作温度まで加熱することから始まる。成形本体の故障の潜在的要因である成形本体上の温度プロファイルとその対応する熱応力は、本質的に複雑であるため、成形本体の下部と上部との間の温度差はできるだけ低く保つことが望ましい。さらに、成形本体材料の高温クリープによる応力緩和速度よりも応力増加速度を低くするのに十分な程度に、成形本体をゆっくりと加熱することが望ましい。すなわち、成形本体の温度の空間的および時間的制御は、成形本体の故障を防ぐために重要である。
【００５１】
これまで、成形本体の熱応力の主な要因は、成形本体の下部と上部の間の温度差であると考えられていた。そのため、ある加熱素子が故障した場合、この理論によれば、成形本体の両側の全ての加熱素子の加熱電力を減少させるのが望ましいはずである。
【００５２】
しかしながら、急速な温度変化中の応力発生体（stress riser）としての主な駆動力は、成形本体の表面とコアとの間の温度差であることが見出された。すなわち、成形本体の表面上の高引張応力を緩和するためには、この温度差を最小にすることが必要である。
【００５３】
本発明は、不具合のある加熱素子によって温度の乱れが生じている間、成形本体の熱応力を減少させる熱補償プロセスに関する。この考えは、故障位置以外の残りの全加熱素子の加熱電力を減少させるのに代えて、故障位置の表面を加熱するために、この故障位置に熱補償を局所的に適用するものである。こういった類の事象中の応力増加の主な駆動力は、上部から下部までの温度勾配ではなく表面からコアへの勾配であるため、これまでの理論による補償方法は効果が低く、そして時には状況を悪化させて成形本体に悪影響を与えることになる可能性もある。本発明の熱補償は、熱損失の存在する局所位置に集中してその領域に熱を加え、故障しやすい成形本体表面上の高引張応力を防ぐ。本発明は、成形本体の応力を迅速かつ効果的に減少させるのを助け、成形本体の初期加熱および／または通常操作のプロセス中に成形本体が故障するリスクを最小限に抑える。
【００５４】
図２は、第１側面加熱プレート２０３と、上部プレート２０５と、第２側面加熱プレート２０７とによって画成されたエンクロージャの内部に収容された成形本体２０１、第１側面加熱プレート２０３背後の、加熱素子２０９、２１１、２１３、２１５および２１７を含む加熱素子からなる第１アレイ、第２側面加熱プレート２０７背後の、加熱素子２１９、２２１、２２３、２２５および２２７を含む加熱素子からなる第２アレイ、を含むマッフルの断面を示す概略図であり、これらはさらにエンクロージャに収容されている。成形本体２０１は、上部２０２と、第１側面表面２０２と、この成形本体のアイソパイプの底部２１２で第１側面表面２０２と結合している第２側面表面２０４とを備えている。溶融ガラスが成形本体のトラフ状部分に導入され、その上部２０２から溢れ出し、側面表面２０２および２０４を流れ落ちて第１ガラスリボン２０６および第２ガラスリボン２０８を成形し、その夫々が成形本体の底部２１２で結合して単一の第３リボン２１０を成形する。第３リボン２１０を底部２１２の下方にさらに延伸して薄ガラスシートを成形する。
【００５５】
各加熱素子は使用中に、成形本体の故障を誘発し得る故障をする可能性がある。例えば、２０９および２１９の両方が故障する仮想の事例において、３つの異なる手法について分析が行われ本発明の優位性が証明された。
【００５６】
上述したこれまでの応力理論による第１の手法においては、２０９および２１９の故障によって成形本体の下部部分で急速な温度降下が生じ、２１１、２１３、２１５、２１７、２２１、２２３、２２５および２２７の加熱電力を減少させて成形本体の下部および上部部分間の温度差を緩和する。しかしながら上述したように、この急速な温度変化中の応力増加の主な駆動力は、加熱素子、特に２０９および２１９からの加熱電力の損失により生じる冷表面と、その表面の下にある、熱いままの成形本体のバルクとの間の温度勾配である。すなわち、この第１の手法は、成形本体の上部と底部との間の温度差変動を最小に維持しているが、成形本体の側面表面とバルクとの間の熱応力を増加させるため、成形本体の亀裂形成および故障の蓋然性を悪化させる。
【００５７】
第２の手法は、２０９および２１９が故障した場合に補償動作を開始しないものであり、残りの機能している全加熱素子の加熱電力は実質的に不変のまま維持される。本書における教示を考慮すると理解できるように、成形本体の楔状部分における下部部分の熱応力は、２０９および２１９からの加熱電力が突然失われることによって極めて高くなる可能性がある。
【００５８】
第３の手法は、本発明の一実施の形態によるものであるが、不具合のある２０９および２１９により生じる局所的な熱損失を補償するために、この不具合のある加熱素子２０９および２１９に隣接する加熱素子２１１および２２１が夫々電力を増加させるよう提案するものである。残りの加熱素子２１３、２１５、２１７、２２３、２２５および２２７の加熱電力は、場合によって、わずかに減少させてもよいし、変化させずに維持してもよいし、あるいはわずかに増加させてもよい。この手法は、成形本体の表面からコアへの熱応力を、特に楔状部分の下部において最小限に抑えるであろうものであり、従って、成形本体の亀裂形成および壊滅的故障の蓋然性を減少させる。
【００５９】
図６は、上述の３つの手法にしたがって処理された成形本体の、表面領域における最大応力レベルを比較したものである。この図において、６０１は本発明の一実施形態による第３の手法を表し、６０３は補償動作を開始しない第２の手法を表し、そして６０５は２０９および２１９の故障に応じて全ての加熱素子の加熱電力を減少させる第１の手法を表している。このグラフから、本発明が比較の手法に比べて、成形本体が受ける応力を著しく減少させることは明らかである。
【００６０】
加熱素子２０９、２１１、２１３、２１５、２１７、２１９、２２１、２２３、２２５および２２７は、白金製の巻線、ＳｉＣグロー・バー（glow-bars）などの材料から作られた抵抗加熱素子とすることができる。これらの加熱素子の加熱電力は、比較的大きな範囲、例えば、夫々０．５ｋＷから５００ｋＷ、特定の実施形態においては１ｋＷから４００ｋＷ、他の特定の実施形態においては１ｋＷから３００ｋＷ、特定の実施形態においては１ｋＷから１００ｋＷ、特定の実施形態においては１ｋＷから８０ｋＷ、特定の実施形態においては１ｋＷから５０ｋＷ、特定の実施形態においては１ｋＷから４０ｋＷ、特定の実施形態においては１ｋＷから３０ｋＷ、などの範囲で調節可能であることが望ましい。図２から５に示されているように、本発明のこれらの特定の実施形態において、加熱素子は成形本体の両面側に設置され、そして２つのアレイを形成する。成形本体の２つの側面が曝される熱環境は同一であることが非常に望ましいため、加熱素子の２つのアレイは、成形本体の底部を通る中心平面に対して本質的に対称的に配置されることが非常に望ましい。図２〜５では、成形本体の各側面側に５個の加熱素子が示されている。実際には、加熱素子の第１および第２アレイ夫々は、より多くの加熱素子を含んでもよいし、より少ない加熱素子を含むものでもよい。
【００６１】
加熱素子２０９、２１１、２１３、２１５、２１７、２１９、２２１、２２３、２２５および２２７の加熱電力は、個々に、監視され、制御され、そして調節できるものであることが望ましい。すなわち、特定の実施形態においては、電力供給ユニットが各加熱素子を通っている電流を監視し、加熱素子が機能しているかまたは不具合があるか、加熱素子の加熱電力が閾値以下であるかどうかを判定し、そして全ての加熱素子の電流および／または加熱電力を個々に制御および調節することができる。
【００６２】
特定の実施形態においては、加熱素子が本質的に直線状であり、かつ成形本体の底部に平行であると有利である。直線状の加熱素子をこのように水平に配置することは、側面加熱プレートの上部から下部の間で望ましい温度勾配を正確に制御し維持するために望ましい。特定の実施形態において、２０９、２１１、２１３、２１５、２１７、２１９、２２１、２２３、２２５および２２７の夫々は、単一の連続的な抵抗加熱素子を含む。他の実施形態において、２０９、２１１、２１３、２１５、２１７、２１９、２２１、２２３、２２５および２２７の夫々は、直列および／または並列に接続された１以上の抵抗部品を含んでもよい。
【００６３】
加熱素子は、図２〜５の実施形態に示されているように、側面加熱プレートに近接して保持される。すなわち、各加熱素子は主に、隣接する側面加熱プレートの特定領域を加熱する働きをする。例えば、加熱素子２０９および２１９は、夫々、主に第１側面加熱プレート２０３および第２側面加熱プレート２０７の下部領域を調整し、２１３および２２３は、主に側面加熱プレートの中心領域を加熱する働きをし、そして２１７および２２７は、主に側面加熱プレートの上部領域を加熱するためのものである。この区分された加熱配置によって、側面加熱プレートの上部から下部までの望ましい温度勾配を確立することが可能となる。
【００６４】
加熱素子は、断熱壁２３１、２３３および２３５により画成されるエンクロージャ内に収容することが望ましい。加熱素子の故障時には、製造中の装置全てを停止させなくても加熱素子をアセンブリ内で容易に交換できるよう、加熱素子は有利に設計される。不具合のある加熱素子が機能しているものと交換されると、全ての加熱素子の加熱体制が通常の動作モードを再開することが望ましい。
【００６５】
図２および４に概略的に示された実施形態において、各隣接する加熱素子の間には断熱材料が存在していない。すなわち、隣接する２つの加熱素子によって直接調整される側面加熱プレートの領域（すなわち、加熱素子の視野の範囲内の領域）は重複する。この重複は、特定の実施形態において、望ましいこともあるし、望ましくないこともある。一般的に、隣接する加熱素子を隔離すると、側面加熱プレートにおける温度勾配の制御性向上に繋がり、他の全ての条件は等しいまま保たれる。そのため、特定の実施形態においては、図３および５に示されているように、第１および第２アレイの隣接する２加熱素子間に分離壁３０１、３０３、３０５、３０７、３０９、３１１、３１３および３１５が据え付けられる。
【００６６】
特定の実施形態においては、成形本体の上部を望ましい温度で維持するために、成形本体を収容しているエンクロージャの上部プレートの上方に加熱素子を据え付けることが望ましい。図４および５は、加熱素子の第３アレイ４０１および４０３を備えている実施形態を示している。成形本体の上部に亘る温度は均一であることが非常に望ましいため、上部プレート２０５の温度は均一であることが非常に望ましい。そのため、図４および５に示されているように、上部の加熱素子４０１および４０３の間には分離壁を据え付けないと有利である。
【００６７】
成形本体の上部および側面表面は、加熱素子の視野に直接的には入らないことが非常に望ましい。これは、加熱素子で成形本体を直接放射加熱すると、上部の加熱素子から下部の加熱素子までの不連続な空間加熱電力分布によって、成形本体の上部および側面表面に送出される加熱電力プロファイルが望ましくないものとなり得るためである。
【００６８】
すなわち、側面加熱プレート２０３および２０７は、成形本体が加熱素子から直接見えるのを防ぐために据え付けられる。本質的に側面加熱プレートは、所望の加熱電力プロファイルを提供するヒートシンクとして機能する。側面加熱プレートは、例えばＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＭｇＯおよびＢｅＯ、Ｐｔおよびその合金のような、耐火性材料で作られていることが望ましく、例えばＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、白金およびその合金などの、高熱伝導性を有する材料がより望ましい。プレートの熱伝導性が高いほど、所望の温度勾配を達成するためにより薄いプレートが必要となる。熱伝導性が高いと、成形本体の側面表面が曝されているプレートの上部から下部までの間で、連続的な空間的温度勾配を形成することができる。最大で５０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で４０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で３０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で２０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で１０ｍｍ、特定の実施形態においては最大で５ｍｍ、の厚さを有するＳｉＣまたはＳｉ3Ｎ4のプレートを側面加熱プレートとして使用すると有利であろう。
【００６９】
成形本体の２つの側面表面２０２および２０４が曝される熱環境は同一のものであることが非常に望ましいため、２つの側面加熱プレート２０３および２０７は、例えば成形本体の底部２１２を通る平面のような中心平面に対して対称的であることが非常に望ましい。すなわち、２つの側面加熱プレート２０３および２０７は、同じ材料で作ると有利であり、同じ寸法、形状、および、寸法上および幾何学的安定性を有している。
【００７０】
特定の実施形態において、上部プレート２０５は、それが加熱素子の第３アレイによって加熱されるか否かに拘らず、側面加熱プレート２０３および２０７と同じ材料で作ることが望ましい。
【００７１】
本発明の方法および装置を用いると、特定の実施形態において、任意の所与の時点で、成形本体の第１および第２側面表面の厚さ５ｃｍの最上層での温度勾配を、最大で１００℃、特定の実施形態においては最大で８０℃、特定の実施形態においては最大で６０℃、特定の実施形態においては最大で５０℃、特定の実施形態においては最大で４０℃、特定の実施形態においては最大で３０℃、特定の実施形態においては最大で２０℃、特定の実施形態においては最大で１０℃の水準で維持することができる。「第１および第２側面表面の厚さ５ｃｍの最上層での温度勾配」とは、側面表面のある領域から始まり、成形本体の側面表面に直角の方向に延在している、高さが最大５ｃｍかつ直径１ｃｍの、ある仮想の円筒状サンプルにおける最大温度差を意味する。加熱素子が故障した場合、この温度勾配は、最も低い表面温度（すなわち、成形本体の側面表面上に位置している、仮想の円筒状サンプルの上部円形表面の温度）と、最も高いコア温度（すなわち、成形本体のバルク内に位置している、円筒状サンプルの下部円形表面の温度）とによって表され得る。
【００７２】
第１および第２側面加熱プレート、および加熱素子の第１および第２アレイを使用することによって、成形本体の上部と底部との間の温度差は、ＤＴＴＢを成形本体の上部と底部との間の温度差の平均値とすると、ＤＴＴＢ−２５℃からＤＴＴＢ＋２５℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−２０℃からＤＴＴＢ＋２０℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−１５℃からＤＴＴＢ＋１５℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−１０℃からＤＴＴＢ＋１０℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−５℃からＤＴＴＢ＋５℃、特定の実施形態においてはＤＴＴＢ−２℃からＤＴＴＢ＋２℃で維持することができる。すなわち、成形本体の上部および底部の間の温度差の変動を最小限に抑えることができる。
【００７３】
本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。すなわち、本発明の改変および変形が添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本発明はこのような改変および変形を含むと意図されている。
【符号の説明】
【００７４】
２０１    成形本体
２０２    第１側面表面
２０３    第１側面加熱プレート
２０４    第２側面表面
２０７    第２側面加熱プレート
２０９、２１１、２１３、２１５、２１７    加熱素子の第１アレイ
２１０    第３ガラスリボン
２１２    底部
２１９、２２１、２２３、２２５、２２７    加熱素子の第２アレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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