(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
牽引されるガラスシートの製造中におけるアイソパイプ上の応力を低減する方法であって、
ａ）堰および底部を有するアイソパイプを提供し、
ｂ）該アイソパイプを所定の温度まで加熱し、
ｃ）該アイソパイプを、該アイソパイプの底部上の引っ張り応力の少なくとも一部を解放するのに十分な期間、前記所定の温度に保持し、
ｄ）ステップｃ）の後、前記アイソパイプを降下管に結合し、かつ
ｅ）ステップｄ）の後、前記アイソパイプにガラスを提供する、
諸ステップを含むことを特徴とする、アイソパイプ上の応力を低減する方法。
【請求項２】
前記期間が少なくとも１０時間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記期間後の引っ張り応力が６．９ＭＰａ（１,０００psi）未満であ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】
前記期間後の引っ張り応力が、前記期間以前の引っ張り応力よりも少なくとも３．４ＭＰａ（５００psi）低いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記所定の温度が、８００℃から１,２５０℃までであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
少なくともステップｂ）における前記アイソパイプの底部に圧縮力が印加されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ステップｃ）の後でかつステップｄ）に先立って、前記堰と前記底部とが、１００℃未満の温度差を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
少なくともステップｃ）中において前記アイソパイプの底部に圧縮力が印加されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記圧縮力が少なくとも４５４ｋｇ重（１,０００ポンド）であることを特徴とする請求項６または８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フュージョン法によるシートガラスの製造に用いられる装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フュージョン法は、シートガラスの製造に用いられる基本的な技法の一つであり、例えば、フロート法およびスロットダウン法等の他の方法によって製造されるシートガラスに比較して、卓越した平面性および平滑性を備えた表面を有するシートガラスを製造することができる。その結果、フュージョン法は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の発光表示装置の製造に用いられるガラス基板の製造に用いるのに有利であることが判明している。
【０００３】
フュージョン法、厳密に言えばオーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法は、溶融ガラスを収集トラフに提供する耐熱体で形成された、アイソパイプとして知られている供給パイプを備えている。オーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法の実施中において、溶融ガラスは供給パイプから上記トラフへ移動し、次にトラフの両側の頂部をオーバーフローして、上記アイソパイプの両側面に沿って下方へ流れ、次いで内方へ流れる二つのガラス流を形成する。これらの２枚のシートは、アイソパイプの底部で合流して、単一のシートに融合する。この単一のシートは、次にシートが上記底部から引き出されるときの速度によってシートの厚さを制御する牽引装置に送り込まれる。この牽引装置は、上記単一のシートが上記牽引装置と接触状態になる以前に冷却されて十分に固くなるように、上記アイソパイプの底部の下流に配置されている。
【０００４】
最終的なガラスシートの両外面は、この処理工程中の如何なる時点においても、上記アイソパイプの如何なる部分にも接触しない。正確に言えば、これらの表面は雰囲気に対面しているのみである。最終的なガラスシートを形成する２枚のシートの内面は、アイソパイプに接触するが、これらの内面はアイソパイプの底部において一体に融合し、最終的なシート本体の内部に埋め込まれる。このようにして、最終的なシートの外表面の卓越した特性が得られる。
【０００５】
ガラス形成工程中におけるアイソパイプの寸法安定性は、製造工程全体の成功は勿論、製造されたガラスシートの特性にも影響を与え得る。オーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法においては、アイソパイプが約１,０００℃の温度に曝される可能性がある。これらの温度に曝されている間、アイソパイプは、自らの重量、アイソパイプ内に収容されかつ両側面にオーバーフローする溶融ガラスの重量、および溶融ガラスが牽引されるときに溶融ガラスを通じてアイソパイプに戻される少なくとも或る程度の張力を支えなければならない。
【０００６】
商品および市場の動きは、発光表示装置のサイズ、すなわちガラスシートのサイズの絶え間ない増大を要求している。製造されるべきシートガラスの幅に応じて、アイソパイプは、約１．５ｍ以上の支えられていない長さを有することになる。
【０００７】
これらの要求条件に耐えるために、従来のアイソパイプは、耐熱材料が等圧（アイソスタティックに）圧縮されたブロックから製造されて来た（「アイソパイプ」の名前の由来）。特に等圧圧縮されたジルコン耐火物がフュージョン法のためのアイソパイプ形成に用いられて来た。従来のジルコン耐火物はＺｒＯ２およびＳｉＯ２、すなわち等価的にＺｒＳｉＯ４と、焼結添加物とからなる。このような高性能材料を用いてさえも、アイソパイプ材料が割れたりクリープしたりする可能性があり、その結果、それらの耐用期間を短縮する寸法変化を生じる。特にアイソパイプは、パイプ長の支えられていない中間部が、支えられている両外端の高さの下方に垂れ下がるサグを呈する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それ故に、従来のアイソパイプおよびシートガラスの製造法に付随する寸法安定性およびその他の欠点を解決する要求がある。これらの要求およびその他の要求は、本発明の組成物および方法によって満たされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ガラスの製造方法に関し、特に、使用時におけるアイソパイプ上の引っ張り応力を低減する方法に関する。本発明は、新規な加熱および制御方法の採用を通じて、上述した課題の少なくとも一部を解決するものである。
【００１０】
第１の態様において、本発明は、牽引されるガラスシートの製造中におけるアイソパイプ上の応力を低減する方法を提供するものであって、その方法は、
ａ）堰および底部を有するアイソパイプを提供し、
ｂ）このアイソパイプを所定の温度まで加熱し、
ｃ）このアイソパイプを、このアイソパイプの底部上の引っ張り応力の少なくとも一部を解放するのに十分な期間、上記所定の温度に保持し、
ｄ）ステップｃ）の後、上記アイソパイプを降下管に結合し、かつ
ｅ）ステップｄ）の後、上記アイソパイプにガラスを提供する、
諸ステップを含む。
【００１１】
本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態によれば、ステップｃ）における期間は少なくとも約１０時間である。いくつかの実施の形態によれば、上記期間は少なくとも約２０時間である。いくつかの実施の形態によれば、上記期間は少なくとも約３０時間である。
【００１２】
本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態によれば、ステップｃ）における上記期間
後の引っ張り応力が約６．９ＭＰａ（１,０００psi）未満である。
【００１３】
本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態によれば、ステップｃ）における上記期間後の引っ張り応力が、上記保持期間以前の引っ張り応力よりも少なくとも約３．４ＭＰａ（５００psi）低い。いくつかの実施の形態によれば、ステップｃ）における上記期間後の引っ張り応力が、上記保持期間以前の引っ張り応力よりも少なくとも約５．５ＭＰａ（８００psi）低い。
【００１４】
本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態によれば、ステップｂ）およびｃ）における上記所定の温度は、約８００℃から約１,２５０℃までである。
【００１５】
本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態によれば、少なくともステップｂ）における上記アイソパイプの底部に圧縮力が印加される。特定の実施の形態においては、ステップｃ）の後でかつステップｄ）に先立って、上記堰と上記底部とが、約１００℃未満の温度差を有する。
【００１６】
本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態によれば、少なくともステップｃ）における上記アイソパイプの底部に圧縮力が印加される。特定の実施の形態においては、ステップｃ）の後でかつステップｄ）に先立って、上記堰と上記底部とが、約１００℃未満の温度差を有する。
【００１７】
本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態によれば、ステップｃ）の後でかつステップｄ）に先立って、上記堰と上記底部とが、約１００℃未満の温度差を有する。
【００１８】
本発明の第２の態様は、牽引されるガラスシートの製造中におけるアイソパイプ上の応力を低減する方法であって、その方法は、
ａ）堰および底部を有するアイソパイプを提供し、
ｂ）このアイソパイプを所定の温度まで加熱し、
ｃ）ステップｂ）の後、上記アイソパイプを降下管に結合し、かつ
ｄ）ステップｃ）の後、上記アイソパイプにガラスを提供する諸ステップを含み、
ｉ）加熱後でかつ結合以前に、上記堰と上記底部とが少なくとも約１００℃未満の温度差を有する。
【００１９】
本発明の第２の態様のいくつかの実施の形態によれば、加熱後でかつ結合以前に、上記堰と上記底部とが少なくとも約７５℃未満の温度差を有する。
【００２０】
本発明の第２の態様のいくつかの実施の形態によれば、少なくともステップｂ）において上記アイソパイプの底部に圧縮力が印加される。
【００２１】
本発明の第３の態様は、牽引されるガラスシートの製造中におけるアイソパイプ上の応力を低減する方法であって、その方法は、
ａ）堰および底部を有するアイソパイプを提供し、
ｂ）このアイソパイプを所定の温度まで加熱し、
ｃ）ステップｂ）の後、上記アイソパイプを降下管に結合し、かつ
ｄ）ステップｃ）の後、上記アイソパイプにガラスを提供する諸ステップを含み、
ｉ）加熱後でかつ結合以前に、上記アイソパイプ上の引っ張り応力の少なくとも一部を解放するのに十分な圧縮力が上記底部に印加される。
【００２２】
本発明の第３の態様のいくつかの実施の形態によれば、上記圧縮力は少なくとも約４５４ｋｇ重（１,０００ポンド）である。
【００２３】
本発明の第３の態様のいくつかの実施の形態によれば、上記圧縮力は少なくとも約１,１３５ｋｇ重（２,５００ポンド）である。
【００２４】
本発明のさらなる態様および効果は、後述の詳細な説明、図面および請求項に一部が述べられており、一部は詳細な説明から導かれ、または発明の実施によって悟ることができるであろう。下記の効果は、添付の請求項において特に指摘された要素および組合せによって実現されかつ達成されるであろう。上述の概略説明および下記の詳細な説明は、例示および説明のためのものであって、本発明を開示されているものに限定するものでないことを理解すべきである。
【００２５】
本明細書に組み入れられかつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明のいくつかの態様を示し、記述内容とともに本発明の原理を、限定することなしに説明するのに資するものである。全図を通じて、類似の番号は同一要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一つの態様に従ってシートガラスを作製するためのオーバフロー・ダウンドロー・フュージョン法に用いるためのアイソパイプに関する構造を表す概略図である。
【図２】本発明の一つの態様に従ってシートガラスを製造するための装置を表す概略図である。
【図３】アイソパイプの従来の加熱および結合時の引っ張り応力および温度差に関する数値を示すグラフである。
【図４】本発明の一つの態様に従って、加熱スケジュールの最後において温度保持時間を組み入れることによって得られる引っ張り応力値を示すグラフである。
【図５】本発明の一つの態様に従って、加熱スケジュールの最後において温度差を低減することによって得られる引っ張り応力値を示すグラフである。
【図６】本発明の一つの態様に従って、加熱時にアイソパイプの底部に印加される圧縮力を増大させることによって得られる引っ張り応力値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、下記の詳細な説明、図面、実施例および請求項を参照することによって、さらに容易に理解することができる。しかしながら、本発明の組成、物、装置および方法が開示され、説明されるのに先立って、本発明は、明記されていないかぎり、特定の組成、物、装置および方法に限定されないことを理解すべきである。ここに使用されている専門用語は、特定の態様の説明のためのみのものであって、限定を意図するものでないことも理解すべきである。
【００２８】
本発明の下記の記述内容は、現在知られている態様で本発明の教示を可能にするように提供されるものである。このため、当業者であれば、本発明の有益な結果を得ながら、ここに記載されている本発明の種々の態様に対して、種々の変更を行ない得ることを認識しかつ理解するであろう。本発明の望ましい利点のあるものは、他の特徴は利用せずに本発明のいくつかの特徴を選択することによって得られることも明らかである。したがって、当業者は、本発明に対する多くの修正および適用が可能であり、それが環境によっては望ましくさえあり、それらも本発明の一部であることを認識するであろう。それ故に、下記の記述内容は、本発明の原理を示すために提供されたものであって、本発明を限定するものではない。
【００２９】
開示されているのは、使用され、関連して使用され、調製のために用いられる材料、化合物、組成物、ならびに成分である。これらおよびその他の材料がここに開示されており、かつこれらの材料の組合せ、部分的組合せ、相互作用、群等が開示されている場合には、これらの化合物の種々の個々および集合的組合せおよび順列の具体的な言及については明らかに開示されていなくとも、それぞれは具体的に検討されかつここに開示されていると理解すべきである。それ故に、この具体例において、置換物Ａ，ＢおよびＣの類のみでなく、置換物Ｄ，ＥおよびＦの類ならびに組合せ態様例Ａ−Ｄが開示されていれば、Ａ，Ｂ，ＣとＤ，Ｅ，Ｆと組合せ態様例Ａ−Ｄから、Ａ−Ｅ，Ａ−Ｆ，Ｂ−Ｄ，Ｂ−Ｅ，Ｂ−Ｆ，Ｃ−Ｄ，Ｃ−ＥおよびＣ−Ｆの組合せのそれぞれが具体的に検討され、かつ開示されていると判断すべきである。同様に、これらの如何なる部分的組合せまたは組合せも、具体的に検討されかつ開示されている。それ故に、例えば、Ａ，Ｂ，ＣとＤ，Ｅ，Ｆおよび組合せ態様例Ａ−Ｄから、組合せＡ−Ｅ，Ｂ−ＦおよびＣ−Ｅが具体的に検討され、かつ開示されていると判断すべきである。この考え方は、本明細書に含まれる全ての態様に適用されるが、組成物の成分、作製方法の工程、および開示された組成物の使用に限定されるものではない。それ故に、もし実行可能な種々の付加的工程があるとしても、これらの付加的工程のそれぞれは、開示された方法の如何なる具体的な態様またはそれらの態様の組合せにより実行され、かつこのような組合せが具体的に検討され、開示されるべきものであると理解すべきである。
【００３０】
次に、本明細書および下記の請求項における多くの用語の定義について言及する。すなわち、
ここで用いられている単数形の用語は、特に明記されていない限り、複数形のものも含む。それ故に、例えば「成分」は、特に明記されていない限り、二つ以上のこのような成分を含む。
【００３１】
「随意的」とは、次に記載される事象または状況が発生し得るか発生し得ないかを意味し、上記事象または状況が発生する場合と、発生しない場合とを含むことを意味する。例えば「随意的な成分」とは、その成分が存在していても、存在していなくてもよいことを意味し、かつこの記載は、本発明の態様が、その成分を含む場合と含まない場合とがあることを意味する。
【００３２】
ここでは、一つの特定の値の範囲が、「約」一つの特定値から、および／または「約」他の特定値までとして表現されている。このように一つの範囲が表現される場合、他の態様は、上記一つの特定値から、および／または上記他の特定値までを含む。同様に、数値が概略的に表現される場合には、先行詞「約」を用いることによって、その特定値が他の態様を形成すると理解される。各範囲の両端の点は、他の端点との関係において、かつ他の端点とは独立的に、双方ともに有意であると理解される。
【００３３】
ここで用いられている「重量％」は、特に反対のことが明記されていない限り、その成分が含まれる組成物の全体の重量に対するその成分の重量比率をパーセントで表したものである。
【００３４】
ここで用いられている「クリープ」とは、応力を受けた材料が動くまたは変形する傾向がある意味である。耐熱材料のクリープは、Nabbaro-Herring クリープ（応力で促進される粒子内部のバルク拡散）および／またはCobble クリープ（粒界拡散）等の種々の形態で生じ得る。
【００３５】
ここで用いられている「製造時」とは、牽引されるガラスシートが生産されている期間のみでなく、ガラス形成機器および／または装置が組み立てられ、整備され、および／または加熱される先行期間をも含む。
【００３６】
ここで用いられている「アイソパイプ」とは、配送システムを構成する構成要素の構造または数には関係なく、融合の直前に配送システムの少なくとも一部がガラスに接触する、平坦なガラスを生産するフュージョン法において用いられるシート形成配送システムを意味する。
【００３７】
ここで用いられている「ΔＴ」とは、アイソパイプの底部と堰との間の温度差を意味する。
【００３８】
下記の米国特許明細書および公開された出願明細書には、シートガラスを製造するための種々の組成物および方法が記載されており、それらの内容のすべては、耐熱性セラミック、アイソパイプおよびシートガラスの製造に関する材料および方法を開示する目的で、参考として本明細書に組み入れられる。すなわち、米国特許出願公開第２００３／０１２１２８７号、米国特許出願公開第２００５／０１２０７４８号、米国特許出願公開第２００３／０１９２３４９号、米国特許第３,３３８,６９６号、米国特許第３,６８２,６０９号、米国特許第６,９７４,７８６号の各明細書、および国際公開第２００５／０７３１３７号パンフレット。
【００３９】
上述に簡単に紹介されているように、本発明は、加熱および結合時におけるアイソパイプ上の、特にアイソパイプ底部上の引っ張り応力を低減する方法を提供するものである。このような方法は、（ａ）アイソパイプの加熱スケジュールの最後に温度保持が追加され、（ｂ）加熱スケジュールの最後において、アイソパイプの堰と底部との間の温度差が低減される、および（ｃ）アイソパイプの加熱時の最後において圧縮力が印加される、という加熱輪郭を含む。本発明により加熱されかつ用いられるアイソパイプは、従来の方法に比較して、促進された寸法安定性および長寿命を有する。本発明の種々の方法は、加熱時のアイソパイプの底部上の引っ張り応力を低減するために、個々にまたは組み合わせて利用することができる。
【００４０】
本発明の方法は、アイソパイプの加熱およびシートガラスの製造に関して下記に説明されているが、同じまたは類似の方法は、耐熱材料の加熱を必要とする他の用途にも用いることができる。したがって、本発明は限定された態様で構築されるべきものではない。
【００４１】
図面を参照すると、図１は、例えばオーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法によるシートガラスの製造に用いられる典型的なアイソパイプの概略構成を示す。一般的なアイソパイプおよびシートガラス製造システムは、アイソパイプとして知られている耐熱体１３５内に形成された収集トラフ１３７に溶融ガラスを提供する供給パイプ１３６を備えている。稼働時には、供給パイプから溶融ガラスがトラフに供給され、溶融ガラスはトラフの両側の頂面をオーバーフローして、アイソパイプの両側面に沿って流下し、次いで内方へ流れる２枚のガラスシートを形成する。これら２枚のガラスシートは、アイソパイプの底部１３９において合流して単一のシートに融合する。この単一のシートは、次に上記底部から引き出されるシートの上記底部における速度、したがってシートの厚さを制御する牽引装置（矢印１４０で示されている）に送り込まれる。牽引装置は、形成されたシートガラスが牽引装置に接触する以前に十分に冷却されかつ固くなるように、一般に上記底部の下流に配置されている。
【００４２】
図２は、ガラスシート１０５を作製するためのフュージョン法を用いる例示的なガラス製造システム１００を示す。このガラス製造システムは、溶融槽１１０、純化槽１１５、混合槽１２０（、例えば攪拌室）、配送槽１２５（例えばボウル）、およびフュージョン・ドロー・マシーン（ＦＤＭ）１４０ａを備えている。ガラス材料は、矢印１１２にて示されているように溶融槽１１０内に誘導され、溶融されて溶融ガラス１２６を形成する。純化槽１１５（例えば純化パイプ）は、溶融槽１１０から溶融ガラス１２６（この部位には不図示）を受容する高温処理領域を有し、その内部において溶融ガラス１２６から気泡が除去される。純化槽１１５は、純化槽を攪拌室に連結するチューブ１２２によって混合槽１２０（例えば攪拌室）に連結されている。混合槽１２０は、攪拌室をボウルに連結するチューブ１２７によって配送槽１２５に連結されている。配送槽１２５は、降下管１３０を通じて溶融ガラス１２６をＦＤＭ１４０ａに提供し、このＦＤＭ１４０ａは、注入口１３２、アイソパイプ１３５、および牽引ローラ・アセンブリ１４０を備えている。図示のように、降下管１３０からの溶融ガラス１２６は、注入管１３２内に流入し、注入管１３２からアイソパイプ１３５に送られる。アイソパイプ１３５は、溶融ガラス１２６を受容する開口部１３６を備え、溶融ガラス１２６はトラフ１３７内に流入し、次いでオーバーフローし、両側面１３８ａおよび１３８ｂ（不図示）を流下して、底部１３９において合流する。底部１３９は、そこで両側面１３８ａおよび１３８ｂが収斂して、オーバーフローした溶融ガラス１２６の二つの流れが再合流（例えば再融合）し、牽引ローラ・アセンブリ１４０によって下方へ牽引されて、ガラスシート１０５を形成する。
【００４３】
アイソパイプは、溶融ガラスを受容するための入口を備えることができる覆い（不図示）内に配置することができる。覆いは、それが存在する場合には、絶縁体、加熱素子、およびエアチューブを備えることができ、アイソパイプおよび／またはガラス製造システムの種々の位置における温度制御を可能にする。以上、例示的なガラス製造システムについて説明したが、アイソパイプおよびガラス製造システムは従来から知られており、当業者であれば、直ちに適当なアイソパイプおよび／またはガラス製造システムを選択することが可能であろうことに注目すべきである。
【００４４】
フュージョン法に用いられるアイソパイプは、それが加熱され、かつ溶融ガラスがそのトラフ内に流入してその外表面を流れるので、高い温度および機械的荷重に曝されることになる。これらの厳しい条件に耐えるために、アイソパイプは一般に、例えばジルコン耐火物等の耐熱材料からなる等圧圧縮されたブロックから作製される。熱応力による破壊を防止するために、室温から例えば１,２００℃の動作温度へのアイソパイプの初期加熱は、徐々に行なわなければならず、かつ約１週間以上を要する。ジルコン製アイソパイプに関する加熱スケジュールの一例は、室温から約１２０℃までは毎時約１０℃、約１２０℃から約１,０５０℃までは毎時約７℃、そして約１,０５０℃から約１,２８０℃までは毎時約５℃である。
【００４５】
加熱時および動作時には、アイソパイプの種々の表面が種々の温度を示す可能性がある。一般に、堰（トラフ）は、底部の温度よりも、例えば１０，２０，４０，６０，８０，１２０または１５０℃だけ高い温度を有する。上述した加熱スケジュールの一例において、一般にアイソパイプは、堰と底部との間に、約１２０℃においては約１０℃、約８００℃においては約３５℃、約１,０５０℃においては約６０℃、そして約１,２８０℃においては約１５０℃の垂直方向の温度勾配（ΔＴ）を有する可能性がある。
【００４６】
このようなΔＴは、アイソパイプの底部において、６．９ＭＰａ（１,０００psi），１０．３ＭＰａ（１,５００psi），１４．０ＭＰａ（２,０００psi）までの、またはそれ以上の大きな引っ張り応力が発生する可能性がある。アイソパイプの構造および組成が変われば、ΔＴによって発生するアイソパイプの底部における張り応力もまた変わり得る。任意のアイソパイプに関する最大許容応力も、構造および組成に基づいて変化する可能性があり、例えば有限要素解析等のコンピュータによるシミュレーションによって評価され得る。アイソパイプの最大許容応力を測定するためのコンピュータ・ソフトウエア・プログラムは知られており（例えば、米国、ペンシルヴェニア州、キャノンスバーグ、テクノロジー・ドライブ２７５所在のＡＮＳＹＳ社）、当業者であれば、適当なソフトウエア・プログラムを直ちに選択することが可能であろう。
【００４７】
アイソパイプの初期加熱スケジュールは一般に、ガラス製造システムの降下管等にアイソパイプを接続または結合するのに先立って行なわれる。もしアイソパイプが覆いの内部に配置されている場合には、このアイソパイプの上記降下管への結合を可能にするために、覆いのドアは一時的に開けられていなければならない。結合時には、アイソパイプの底部の温度が短時間（例えば３時間）に例えば６０℃も低下するおそれがあり、アイソパイプ上の応力が、例えば約１０．３ＭＰａ（１,６００psi）から２５．５ＭＰａ（３,７００psi）まで増大することになる。結合によって誘起される温度変化のみによる応力の増大は、約６．９ＭＰａ（１,０００psi），１４．０ＭＰａ（２,０００psi），１７．２ＭＰａ（２,５００psi）またはそれ以上になる可能性があり、構造破壊の危険性を増大させる。
【００４８】
例示的な等圧圧縮されたジルコン製アイソパイプは一般に、約１,０００℃から約１,１００℃の温度範囲に亘って約１００時間の間、約２０．７ＭＰａ（３,０００psi）の引っ張り応力に耐えることができる。加熱スケジュールおよび動作条件は、約１０時間よりも長い期間において、アイソパイプの底部における最大引っ張り応力が、約１４．０ＭＰａ（２,０００psi）未満、好ましくは１０．３ＭＰａ（１,５００psi）未満となるように設計されなければならない。このようにして、アイソパイプの大きな応力およびひび割れ等の構造破壊を防止するためには、アイソパイプの加熱速度および垂直方向の温度勾配（ΔＴ）が注意深く制御されなければならない。
【００４９】
本発明は、アイソパイプ内において熱的に誘起される引っ張り応力を低減するための種々の対策を提供するものである。これらの対策のそれぞれは、個々に、または一つまたは複数の他の対策と組み合わせて利用されることができる。各対策に関する加熱スケジュールおよび／または圧縮力の印加が下記に記載されている。各対策および／または複数の対策の組合せにおいて、本発明は、アイソパイプの加熱、降下管に対するアイソパイプの結合、およびアイソパイプに対してガラスを供給して牽引されたガラスシートを形成することを含む種々の態様をカバーすることを目的とするものである。
【００５０】
温度保持
もし加熱スケジュールが、例えば約８００℃から約１,２００℃までの動作温度にアイソパイプが達した後に、かつアイソパイプを降下管に結合するのに先立って、温度保持を含んでいるならば、アイソパイプの底部における引っ張り応力は低減されることが可能である。このような温度保持は、降下管に結合するのに先立ってアイソパイプが耐熱材料のクリ−プを通じて応力を解放する時間を提供することができる。高い温度においては、クリープ歪み量が、アイソパイプ内に熱的に誘起された応力の少なくとも一部を解放するのに十分である。温度保持は、アイソパイプにおける引っ張り応力の少なくとも一部を解放するのに十分な時間、所定温度に保つことを含む。アイソパイプは、所定の温度から、例えば±１５０℃、±１００℃または±５０℃というように、所定温度の近くに保たれなければならず、かつこのような態様の全てが本発明に含まれることを意図するものである。
【００５１】
温度保持の持続時間は、アイソパイプの底部における引っ張り応力の少なくとも一部を低減するのに十分であれば、何れの期間であってもよい。アイソパイプの構造、アイソパイプの組成、動作温度および加熱スケジュールが変わるにつれて、引っ張り応力の少なくとも一部を解放するのに必要な時間も変わる。種々の態様において、温度保持の持続時間は少なくとも約１０時間、例えば、約１０，１２，１４，１８，２０，２２，２５，２８，３０，３３，３５またはそれ以上の時間、好ましくは、少なくとも２０時間、例えば２０，２２，２５，２８，３０，３３，３５またはそれ以上の時間、より好ましくは、少なくとも３０時間、例えば３０，３１，３３，３５，４０またはそれ以上の時間とすることができる。
【００５２】
一つの態様においては、確立された加熱スケジュールに従ってアイソパイプが室温から約１,０００℃まで加熱される。１,０００℃に達した後、アイソパイプの温度は約２０時間１,０００℃に保たれる。
【００５３】
別の態様においては、確立された加熱スケジュールに従ってアイソパイプが室温から約１,０００℃まで加熱される。１,０００℃に達した後、アイソパイプの温度は約３３時間１,０００℃に保たれる。
【００５４】
温度保持の間、アイソパイプの底部における引っ張り応力の少なくとも一部が解放され得る。特定のアイソパイプおよび採用される加熱スケジュールに応じて、アイソパイプの底部における引っ張り応力は、温度保持の間に、例えば、６．９ＭＰａ（１,０００psi）まで低減され得る。種々の態様において、上記引っ張り応力は、温度保持の間に、約３．４ＭＰａ（５００psi）、約５．５ＭＰａ（８００psi）または約６．９ＭＰａ（１,０００psi）だけ低減される。結合に先立つ温度保持の終了時において残存する引っ張り応力は、アイソパイプ、温度保持以前に存在する引っ張り応力、動作温度および温度保持の持続時間に応じて変化し得る。種々の態様において、温度保持の終了時にアイソパイプの底部上に残存する引っ張り応力は、約１０．３ＭＰａ（１,５００psi）未満、例えば、約９．７ＭＰａ（１,４００psi）、８．４ＭＰａ（１,２００psi）、６．９ＭＰａ（１,０００psi）、５．５ＭＰａ（８００psi）、４．１ＭＰａ（６００psi）、２．８ＭＰａ（４００psi）または１．４ＭＰａ（２００psi）、あるいは、約６．９ＭＰａ（１,０００psi）未満、例えば、約６．２ＭＰａ（９００psi）、４．８ＭＰａ（７００psi）、３．４ＭＰａ（５００psi）または２．１ＭＰａ（３００psi）、あるいは、約５．５ＭＰａ（８００psi）、例えば約４．８ＭＰａ（７００psi）、４．１ＭＰａ（６００psi）、３．４ＭＰａ（５００psi）、２．８ＭＰａ（４００psi）、２．１ＭＰａ（３００psi）または１．４ＭＰａ（２００psi）である。
【００５５】
当業者であれば、結合に先立つ温度保持に付随するアイソパイプの加熱スケジュールを直ちに作成することが可能であろう。
【００５６】
結合に先立つΔＴの低減
アイソパイプの底部上の引っ張り応力を低減する別の対策は、加熱スケジュールの最後におけるアイソパイプの堰と底部との間の温度差を低減することである。アイソパイプの堰と底部との間の温度差、すなわちΔＴのこのような低減により、アイソパイプ底部上の引っ張り応力を低減することができる。
【００５７】
従来の構成において、アイソパイプは覆いの内部に配置される。この覆いは、アイソパイプと周囲の構成要素とを絶縁することができ、かつヒータおよび／または冷却管を備えることができて、アイソパイプの種々の部分の温度制御を可能にする。アイソパイプが降下管と結合される際に、少なくとも一つの開口部が覆いに形成されて、構成要素間の結合を容易にする。このような開口部は、アイソパイプの少なくとも一部分を冷却し得る大気が覆い内に流入するのを許容し、および／または対流空気流を発生させて、応力を生じさせる。
【００５８】
加熱スケジュールの最後におけるΔＴの低減は、例えば、加熱スケジュールの修正および／またはアイソパイプが大気または対流気流に曝される時間の縮減によって達成可能である。一つの態様において、アイソパイプの露出時間の縮減は、アイソパイプがあまり冷えないようにする迅速な結合工程を活用することによって達成される。本発明による迅速な結合工程は、約３時間、約２時間、約１時間、約３０分間以内に実行可能である。
【００５９】
例えば補助ヒータ等の他の構成要素が上記覆い内またはアイソパイプの近傍に配置されている場合には、結合に先立つこのような構成要素の調整または除去によっても、上述と同様に、アイソパイプを大気または対流気流に曝すことになる。
【００６０】
アイソパイプの加熱スケジュールは、この加熱スケジュールの最後におけるΔＴを低減するために調整されることもできる。加熱スケジュールの一例においては、上記底部の目標温度を約１,１６０℃にすることができ、かつ上記堰の目標温度を約１,２５０℃（ΔＴ＝９０℃）にすることができる。より高い温度差は、結合工程時に生じ得る。本発明により計画された加熱スケジュールは、約１００℃未満、好ましくは約７５℃未満のΔＴ値を提供することができる。
【００６１】
本発明の種々の態様によれば、当業者が直ちに適当な加熱スケジュールおよび／または結合方法を選択して、ΔＴを低減することができる。
【００６２】
加熱時に印加される圧縮力
アイソパイプ底部における引っ張り応力を低減する他の対策は、加熱時に例えばアイソパイプ底部の両端１３１に圧縮力を印加することである。この圧縮力は、アイソパイプ内に熱的に誘起される引っ張り応力の少なくとも一部を相殺するのに十分な応力を印加するものであれば如何なる力であってもよい。圧縮力は、例えば加熱スケジュール中にアイソパイプ底部の両端に印加することができる。アイソパイプの両端に印加される圧縮力は、アイソパイプの引っ張り応力を低減することに加えて、耐熱材料のクリープを加速して、さらなる応力解放を提供することもできる（図６）。
【００６３】
動作中（例えばシートガラス製造）におけるアイソパイプの圧縮は、重力によって生成されるモーメントとは逆のモーメントを発生させるのに用いることができ、したがって、耐熱材料のクリープによるアイソパイプのサグ（垂れ下がり）を防止する。
【００６４】
これに反して、本発明は、加熱スケジュール中にアイソパイプ底部に印加される圧縮力を利用して、熱的に誘起される引っ張り応力に対する対抗応力を発生させている。アイソパイプ底部に印加される力の量は、アイソパイプの構造および組成ならびに採用される具体的な加熱スケジュールに応じて変更し得る。一つの態様において、この力は約４５．３ｋｇ重（１００ポンド）から約３,１７１ｋｇ重（７０００ポンド）まで、例えば約４５．３，１３６，４５３，９０６，１,８１２，２,２６５，２,７１８または３,１７１ｋｇ重（３００，７００，１,０００，２,０００，４,０００，５,０００，６,０００または７,０００ポンド）とすることができる。印加される力自体が構造破壊を誘起しない限り、印加される力が強い程、より効果的にアイソパイプの熱で誘起される応力に対抗することができる。
【００６５】
一つの態様において、加熱時に４５３ｋｇ重（１,０００ポンド）の圧縮力がアイソパイプ底部の両端に印加される。別の態様においては、加熱時に２,６２７ｋｇ重（５,８００ポンド）の圧縮力がアイソパイプ底部の両端に印加される。このような圧縮力によって与えられる圧力は、力が印加される面積に応じて変えることができ、その力が上記底部または底部の端部に亘って必ずしも一様に分布される必要はない。一つの実施の形態において、２,６２７ｋｇ重（５,８００ポンド）の力が約１７４．８ｃｍ２（２７．１平方インチ）の面積に印加されて、約１．４８ＭＰａ（２１４psi）の平均圧力を発生させる。この圧力は、同じくpsiで表現されるアイソパイプ上の応力の量と区別しなければならない。
【００６６】
圧縮力の印加によって緩和され得る応力の量は変えることができ、かつ加熱および圧縮力の印加後のアイソパイプ上に残存する引っ張り応力は、例えば約０．７ＭＰａから約２７．６ＭＰａまで（約１００psiから約４,０００psiまで）、好ましくは約０．７ＭＰａから約１７．２ＭＰａまで（約１００psiから約２５００psiまで）、より好ましくは約０．７ＭＰａから６．９ＭＰａまで（約１００psiから約１,０００psiまで）とすることができる。
【００６７】
当業者であれば、本発明により加熱時にアイソパイプに印加するための適当な圧縮力決定して、熱的に誘起された引っ張り応力を低減することができるであろう。
【００６８】
ここに記載されている種々の対策は、個々に、または何れかと組み合わせて用いられて、アイソパイプにおける応力を低減することができる。種々の態様において、温度保持は、ΔＴを低減する修正された加熱スケジュールと組み合わせられ、温度保持は、アイソパイプ底部に対する圧縮力の印加と組み合わせられ、ΔＴを低減する修正された加熱スケジュールはアイソパイプ底部に対する圧縮力の印加と組み合わせられ、そして温度保持は、ΔＴを低減する修正された加熱スケジュールおよびアイソパイプ底部に対する圧縮力の印加の双方と組み合わせられる。
【００６９】
本発明のいくつかの実施例が添付図面に示されかつ詳細な説明に記載されているが、本発明は開示された態様に限定されるものではなく、下記の請求項に記載かつ定義された本発明の精神から離れることなしに、数々の変形、変更および置換が可能である。
【実施例】
【００７０】
本発明の原理をさらに説明するために、下記の実施例は、請求項に記載されている物、装置および方法が如何にして作製されかつ評価されたかを通常の当業者に完全に開示しかつ説明するために提供されるものである。これらは、本発明を純粋に例示することを意図したものであって、発明者等が彼らの発明に関して範囲を限定することを意図したものではない。数値（例えば、量、温度等）に関する正確性を保証する努力はなされたが、多少の誤差および偏差は計上されるべきである。特に指示がない限り、温度は℃であり、または周囲温度であり、圧力は大気圧またはその近傍である。製品の品質および性能を最適化するのに用いられ得る工程条件の多数のヴァリエーションおよび組合せが存在する。このような工程条件を最適化するのには、合理的かつ日常的な実験のみが要求される。実施例のすべてがモデル化されたデータを表す。
【００７１】
実施例１.  通常の加熱および結合工程
第１の実施例においては、図３に示されているように、通常の加熱スケジュールに曝されたジルコン製アイソパイプがモデル化されている。本図において、ＭＲＴＳは最大底部引っ張り応力を意味する。アイソパイプが加熱されるのにつれて、アイソパイプ底部上の引っ張り応力も約１１．０ＭＰａ（１,６００psi）まで増大する。この加熱スケジュールの最後において、アイソパイプが降下管に結合されることにより、底部において温度が約６０℃降下した。この急速な温度変化により、底部における引っ張り応力が約１４．５ＭＰａ（２,１００psi）増大した（約１１．０ＭＰａ（１,６００psi）から約２５．５ＭＰａ（３,７００psi）まで）。
【００７２】
実施例２.  温度保持の組入れ
第２の実施例においては、最初に実施例１と同様に加熱されるジルコン製アイソパイプがモデル化されるが、降下管に結合されるのに先立って、３３時間の間（図４のＨＰで示された期間）温度が保持される。堰と底部との間の温度差は、実施例１の加熱スケジュールと著しくは変わらないが、温度保持が採用されて場合の結合時におけるアイソパイプ上の最大引っ張り応力は、温度保持が行なわれないときの２５．５ＭＰａ（３,７００psi）に比較して約１７．９ＭＰａ（２,６００psi）である。
【００７３】
実施例３.  結合に先立つΔＴの低減
第３の実施例においては、最初に実施例１と同様に加熱されるジルコン製アイソパイプがモデル化されているが、加熱スケジュールの最後でかつ結合以前において、堰と底部との間の温度差が６０℃に低下されるように加熱スケジュールが修正される。図５は、この加熱スケジュールと、実施例２に示された加熱スケジュール（３３時間の温度保持を伴う）との間の最大底部引っ張り応力の差を示す。修正された加熱スケジュールの最後でかつ結合以前における引っ張り応力は３．４ＭＰａ（５００psi）未満である。
【００７４】
実施例４.  加熱時における圧縮力の印加
第４の実施例においては、加熱時に２,６３１ｋｇ重（５,８００ポンド）の圧縮力がアイソパイプの底部の両端に印加されることを除き、ジルコン製アイソパイプが実施例１と同様に加熱される。図６は、２,６３１ｋｇ重（５,８００ポンド）の圧縮力（曲線６．２）と、より低い４５４ｋｇ重（１,０００ポンド）の圧縮力（曲線６．１）とを用いた結果の引っ張り応力の差を示す。双方のサンプルも、実施例２に記載されているものと同様に、加熱スケジュールの最後に３３時間の温度保持を行なっている。結合以前および結合時の双方において、通常の加熱スケジュールに比較して最大引っ張り応力が著しく低減されている。より大きい圧縮力（２,６３１ｋｇ重（５,８００ポンド））による加速された耐火物のクリープは、より小さい圧縮力（４５４ｋｇ重（１,０００ポンド））により達成され得るよりも保持期間におけるより大きな応力解放を可能にする（図６における領域ＡＡに示されている）。２,６３１ｋｇ重（５,８００ポンド）の圧縮力の下での加熱後でかつ結合以前におけるアイソパイプ上の引っ張り応力は３．４ＭＰａ（５００psi）未満である。
【００７５】
ここに記載された組成、物、装置および方法に対する種々の修正および変形が可能である。ここに記載された組成、物、装置および方法の別の態様は、本明細書の検討ならびにここに記載された組成、物、装置および方法の実施により明らかであろう。本明細書および実施例は例示として考えられるべきものである。
【符号の説明】
【００７６】
１００  ガラス製造システム
１０５  ガラスシート
１１０  溶融槽
１１５  純化槽
１２０  混合槽
１２５  配送槽
１２６  溶融ガラス
１３０  降下管
１３５  アイソパイプ
１３７  アイソパイプのトラフ
１３９  アイソパイプの底部
１４０  牽引ローラ・アセンブリ
１４０ａ  フュージョン・ドロー・マシーン
【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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