(57)【要約】  ガラスシート中の低減されたジルコン含有物を有するガラスシート（３６）を形成するための装置が開示される。ある実施形態では、装置は、形成用楔状体（１０）の堰（２８）と形成用楔状体の根底部（１４）の間で垂直方向に分布した加熱エレメント（４４，４６）を備え、熱障壁（４８）が隣接する加熱エレメント間に設けられる。当該装置を使用する方法もまた開示される。
2010527891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に堰、および底部の根底部に合流する前記堰の下方にある形成面を備えた形成用楔状体と、
前記形成用楔状体の近くに配置された複数の加熱エレメントと、
前記形成用楔状体の周りに配置され、該形成用楔状体と複数の加熱エレメントとを隔てる内壁を備えた筺体と、
垂直に隣接する一対の加熱エレメントの間に配置された断熱障壁と、
を備え、
Ｋがケルビン度で表わされ、Ｗがワットで表わされるガラスシート形成装置。
【請求項２】
前記断熱障壁の熱抵抗率が０．０００４Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きいことを特徴とする請求項１記載のガラスシート形成装置。
【請求項３】
追加の断熱障壁が、水平に隣接する一対の加熱エレメントの間に垂直に配置されることを特徴とする請求項１記載のガラスシート形成装置。
【請求項４】
前記断熱障壁が、隣接する一対の加熱エレメントの間に水平に配置されることを特徴とする請求項１記載のガラスシート形成装置。
【請求項５】
前記根底部と前記堰との間に配置され、かつ前記内壁によって前記形成用楔状体から隔てられた冷却エレメントをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のガラスシート形成装置。
【請求項６】
垂直に隣接する対の加熱エレメントの間に配置された複数の断熱障壁をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のガラスシート形成装置。
【請求項７】
前記内壁が、前記断熱障壁によって隔てられたセグメントを備えることを特徴とする請求項１記載のガラスシート形成装置。
【請求項８】
内壁のセグメントが加熱エレメントを備えることを特徴とする請求項１記載のガラスシート形成装置。
【請求項９】
前記断熱障壁が複数の層を備えることを特徴とする請求項１記載のガラスシート形成装置。
【請求項１０】
前記複数の層が構造層と断熱層とを備えることを特徴とする請求項９記載のガラスシート形成装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本願は、２００７年５月１８日付けで出願された米国仮特許出願第６０／９３０,７６５号からの米国特許法第１１９条（ｅ）による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ためのフュージョン法に関し、特に、結晶セラミックアイソパイプを使用するフュージョン法に関する。さらに詳細には、本発明は、セラミック含有アイソパイプを使用するフュージョン法によって製造される板ガラスに結晶欠陥の形成を制御することに関する。本発明の技術は特に、フュージョン法が液晶ディスプレイ、例えば、ＡＭＬＣＤの製造において基板用としてガラスシートを製造するために使用されるときに、有用である。
【背景技術】
【０００３】
フュージョン法は、板ガラスを製造するためのガラス製造分野において用いられる基本技術の一つである。当該技術分野において公知の他の方法、例えば、フロート・アンド・スロット・ドロー法（float and slot draw processes）と比較すると、フュージョン法は、優れた平坦性と平滑性とを有する表面のガラスシートを生成させる。結果として、フュージョン法は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の制作に用いられるガラス基板の製造に特に重要となってきた。
【０００４】
フュージョン法、特に、オーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法は、スチュアート・エム・ドカーティ（Stuart M. Dockerty）に付与された特許に関する特許文献１及び２の主題である。明細書に記載されているように、「アイソパイプ（isopipe）」として公知の耐火物に形成された収集樋に溶融ガラスを供給する。
【０００５】
ドカーティの特許に記載された例示的なフュージョン・ダウンドロー法では、一旦定常状態の動作に到達すると、樋の両上縁をオーバーフローして、アイソパイプの両外表面に沿って下方へ流動し、次いで内側へ流動する２枚のガラスシート半体を形成する。２枚のシートはアイソパイプの底部又は根底部（root）で出会い、その位置で１枚のガラスシートに合体する。この１枚のシートは、根底部からシートを引き下げる速度によってシートの厚さを制御する引っ張り装置に送り込まれる。引っ張り装置は、この１枚のシートがこの装置に達する以前に冷却されるように、アイソパイプの根底部から下流側に十分に離れて配置されている。
【０００６】
最終的なガラスシートの外表面は、工程中のいずれの時点においても、アイソパイプの外表面のどの部分にも接触しない。むしろ、ガラスシートの外表面は周囲の雰囲気に接するだけである。最終的なシートを形成する２枚のシート半体の内表面は、アイソパイプには接触するが、これら内表面はアイソパイプの根底部で融合して、最終的なシート体内に埋め込まれる。このようにして、最終的なシートの優れた外表面の特性が得られる。
【０００７】
フュージョン法に用いられるアイソパイプは、溶融ガラスが樋に流入して外表面を溢れると、高温かつかなりの機械的負荷にさらされる。これらの要求状態に耐えることを可能にするためには、アイソパイプは典型的にかつ好ましくは、耐火材料の等方加圧ブロック（以下、アイソパイプ（iso-pipe）と称する）から形成される。特に、アイソパイプは等方的に加圧されたジルコン耐火物、すなわち、ＺｒＯ２及びＳｉＯ２を主成分とする耐火物から形成されるのが好ましい。例えば、アイソパイプは、ＺｒＯ２及びＳｉＯ２がともに材料の理論組成であるＺｒＯ２・ＳｉＯ２又は同等にＺｒＳｉＯ４を有する材料の少なくとも９５重量％を含むジルコン耐火物から形成され得る。
【０００８】
ＬＣＤ基板として用いられる板ガラスの製造において損失の原因は、製造工程において使用されるジルコンアイソパイプに、ガラスの流路の結果として流れそして溢れるガラス中のジルコン結晶の含有物（本明細書では「２次ジルコン結晶（secondary zircon crystals）」又は「２次ジルコン欠陥（secondary zircon defects）として参照される」）の存在である。２次ジルコン結晶の問題は、高温で形成される必要がある失透が生じやすいガラスでより顕著となる。
【０００９】
完成したガラスシートで見られるジルコン結晶をもたらすジルコンは、アイソパイプの上部で原因を有する。特に、これらの欠陥は最終的に、アイソパイプの樋の中、そしてアイソパイプの外側の上壁（堰）に沿った温度と粘度で、溶融ガラスに溶解されるジルコニア（すなわち、ＺｒＯ２及び／又はＺｒ＋４＋２Ｏ−２）を結果として生じる。ガラスがアイソパイプを降下すると、ガラスが冷えて粘性が増すため、アイソパイプの下部と比較すると、アイソパイプのこれらの部分では、ガラスの温度は高く、かつその粘度は低い。
【００１０】
溶融ガラス中のジルコニアの溶解度と拡散率は、ガラスの温度と粘度の関数である（すなわち、ガラスの温度が下がり、粘度が上昇すると、溶液中で保持できるジルコニアが少なくなり、拡散率が減少する）。ガラスがアイソパイプの底部（根底部）に近づくと、ジルコニアで過飽和となる。結果として、ジルコン結晶（すなわち、２次ジルコン結晶）は、ジルコンアイソパイプの底部（例えば、根底部）で核となり、成長する。最終的には、これらの結晶は、ガラス流の中に中断するほど長く成長し、シートのフュージョンラインで又は近くで欠陥となる。さらに、アイソパイプ根底部でのガラスの温度があまりにも低い場合、ガラスの失透が発生する可能性がある。すなわち、アイソパイプ根底部の近くで、アイソパイプの温度を上昇させることが望まれる。あいにく、アイソパイプの根底部近くの温度を上昇させることは、アイソパイプ樋内の溶融ガラスの温度をも上昇させ、ガラスの粘度を低くし、そしてそれ故にガラスの質量流量分布に影響を与えるという不快な効果を及ぼす。質量流量分布の変化は、角度の狭い範囲内だけだが、アイソパイプを傾けることによって補償される。加熱エレメントは典型的にガラス流下の温度を変更するのに用いられていたため、アイソパイプの上部を加熱し、アイソパイプの両側が共通のプレナム内に収容される。図１で説明されるように、アイソパイプ１０は、今日よく使用されるように、アイソパイプの両側に沿って根底部１４から上方に分布した複数の加熱エレメント１２ａ−１２ｄ及び１４ａ−１４ｄを備える。加熱エレメント１２ａ−１２ｄ及び１４ａ−１４ｄは、筺体１６の構造内に含まれ、より好ましくは共通のプレナム１８内に含まれる。結果として、最も下の加熱エレメントの温度の上昇は、アイソパイプ１０の上部で温度に対して顕著な効果を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３,３３８,６９６号明細書
【特許文献２】米国特許第３,６８２,６０９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、形成用楔状体の上部にある堰、および形成用楔状体の底部の根底部に合流する形成面を備えた形成用楔状体と、根底部と堰の間に配置された複数の加熱エレメントと、形成用楔状体の周りに配置され、形成用楔状体と加熱エレメントとを隔てる内壁を備えた筺体と、Ｋがケルビン度で、Ｗがワットで表わされる約０．０００４Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を有し、複数の加熱エレメントのうちの最も下の加熱エレメントと最も下の加熱エレメントの上の隣接する加熱エレメントとの間に配置された熱障壁とを備えたガラスシート形成装置が開示される。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、形成用楔状体の上部にある堰、および形成用楔状体の底部の根底部に合流する形成面を備えた形成用楔状体と、根底部と堰の間に配置される複数の温度変更エレメントと、形成用楔状体に関して配置され、形成用楔状体と温度変更エレメントとを隔てる内壁を備える筺体と、Ｋがケルビン度で、Ｗがワットで表わされる約０．０００４Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を有し、複数の温度変更エレメントのうちの最も下の温度変更エレメントと最も下の温度変更エレメントの上の隣接する温度変更エレメントの間に配置された熱障壁とを備えるガラスシート形成装置が開示される。
【００１４】
また他の実施形態によれば、合体する形成面を備えた形成体の上に溶融ガラスを流し、形成体の上部の温度Ｔ１と形成体の底部の温度Ｔ２の間で垂直温度勾配を形成し、ガラスシートを形成するために形成体の底部から溶融ガラスを引っ張るガラスシート製造方法であって、Ｔ２の変化によりＴ１の実質的な変化がもたらされないように、形成体の底部の温度Ｔ２が実質的に形成体の上部の温度Ｔ１と分離されるガラスシート製造方法が開示される。
【００１５】
上述した概要及び後述する詳細な説明はともに、本発明の実施形態を表わし、請求項に記載された本発明の性質および性格を理解するための概観および骨組み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。本明細書に添付され、かつ本明細書の一部を構成する図面は、本発明のさらなる理解を提供することを意図したものである。図面は詳細な説明とともに、本発明の例示的実施形態を示し、本発明の原理及び実施を説明するのに役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】加熱エレメントの間に断熱障壁を有さない従来の筺体に格納された従来のアイソパイプを示す断面図である。
【図２】図１の筺体内の上部位置と下部位置の間で対になる温度を示すプロット図である。
【図３】本発明の実施形態の断熱障壁を備える筺体の断面図である。
【図４】加熱エレメント（グローバー）の両端部がグローバーの中央よりも熱を与えることができるように、一様ではない断面形状を有するグローバーの側面斜視図である。
【図５】本発明の実施形態の断熱障壁を備える他の筺体の断面図である。
【図６】本発明の更なる他の実施形態の断熱障壁を備える筺体の断面図である。
【図７】本発明の実施形態の断熱障壁と積極的に加熱された内側シールド壁とを備える筺体の断面図である。
【図８】本発明の実施形態の断熱障壁によって水平方向と垂直方向とに隔てられた別個の加熱エレメントのグリッドの側面図である。
【図９】４つの状態、（１）断熱障壁がない、（２）構造層のみ、（３）本発明の実施形態の断熱障壁、（４）本発明のある実施形態の隣接する加熱エレメントの間の断熱障壁という状態の下でのアイソパイプの根底部上の垂直距離の関数としての温度のプロット図である。
【図１０】アイソパイプの堰及び根底部で、断熱障壁がない場合と、最も下の加熱エレメントと垂直方向に隣接する次の加熱エレメントの間に断熱障壁がある場合とに対するアイソパイプの幅方向の温度を示すプロット図である。
【図１１】断熱障壁を有さない基準ケースと比較したときに、最も下の加熱エレメントと垂直方向に隣接する次の加熱エレメントの間に断熱障壁があるときに予測された２次ジルコン量の減少を示すプロット図であって、ガラスアイソパイプの界面からガラスへの垂直距離に対して、ガラスに溶解したＺｒＯ２の濃度からガラスに対するＺｒＯ２の飽和濃度を減算した関数としてプロットされたプロット図である
【図１２】アイソパイプの加熱中に、典型的な公知技術であるフュージョン・ドロー装置内の３つの領域のヒータに供給された電力を示すチャートと、アイソパイプの上部と下部の間の温度差のプロットとを、時間の関数として示す図である。
【図１３】アイソパイプの加熱中に、図１２の例示的な公知技術であるフュージョン・ドロー装置の上部（筺体の上部）から断熱体を取り外した後、装置内の３つの領域のヒータに供給された電力を示すチャートと、アイソパイプの上部と下部の間の温度差のプロットとを、時間の関数として示す図である。
【図１４】アイソパイプの加熱中に、他の例示的なフュージョン・ドロー装置内の３つの領域のヒータに供給された電力を示すチャートと、アイソパイプの上部と下部の間の温度差のプロットとを、時間の関数として示す図である。
【図１５】最も下のアイソパイプのヒータと隣接するヒータの間に断熱障壁が取り付けられた後、アイソパイプの加熱中に、図１４の例示的なフュージョン・ドロー装置内の３つの領域のヒータに供給された電力を示すチャートと、アイソパイプの上部と下部の間の温度差のプロットとを、時間の関数として示す図である。断熱体はまた、アイソパイプ上から取り外されている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
説明のためのものであって限定するものではない以下の詳細な説明においては、本発明全体の理解を与えるために、特定の詳細内容を開示する実施の形態が説明されている。しかしながら、本発明は、ここに開示された特定の詳細内容から離れた他の実施の形態を実施することが可能なことは、本明細の恩恵に浴する当業者には明らかであろう。さらに、本発明の説明を不明瞭にしないために、周知の装置、方法および材料の説明は省略してある。最後に、類似の要素には、可能な限り類似の参照番号が付してある。
【００１８】
図１を参照してすでに説明されているように、従来技術である溶融ガラス形成装置用の筺体構造は、組み込まれたプレナム１８に共通に、組み込まれた加熱エレメント１２ａ−１２ｄ及び１４ａ−１４ｄを有する。加熱されるので、プレナム１８の上部と筺体１６は、放射及び対流によって共通プレナム内のすべての加熱エレメントにより加熱される。それ以外に、最も下の加熱エレメント１２ａ，１４ａによってアイソパイプ１０の側面又は合流する形成面に向けられる熱エネルギーが、共通プレナム１８を介してアイソパイプ１０の上部に失われる。したがって、アイソパイプの上部、そして上部をオーバーフローする溶融ガラスは、アイソパイプの下部が熱を失う間、より多くの熱を受け取る。加熱におけるこのオフセットは、アイソパイプの上部と下部の間での小さな温度差ΔＴが実際に求められるとき、受け入れ難い大きな温度差ΔＴをもたらす。
【００１９】
アイソパイプの上部のガラスとアイソパイプの下部のガラスの間の温度差は、アイソパイプの表面をオーバーフローする溶融ガラスに溶解するアイソパイプの材料（典型的には、ジルコンなどの結晶セラミック材料）の量を減らすために最小にされるべきである。例えば、その内容が本明細書に参照として組み込まれる米国特許出願公開第２００３／０１２１２８７号明細書を参照されたい。
【００２０】
溶解したアイソパイプ材料の量が所与のガラス状態の飽和レベルを超えると、溶融ガラス中の含有物が生じる。例えば、アイソパイプがジルコンで形成された場合、アイソパイプの下部でのジルコン結晶の成長が促進される。溶解した材料は、溶液から生じ、かつ、アイソパイプの表面で結晶として沈殿する可能性がある。十分に大きく成長することが許されるならば、これらの結晶は壊れ、ガラス流に同伴される。これは品質の観点から受け入れ難い。以下の記載はジルコンアイソパイプを前提とするが、様々な実施形態で本明細書に記載された発明が他の材料で形成されるアイソパイプに適用できることが理解されよう。
【００２１】
アイソパイプの溶解に対する２つの主要な要因は時間と温度であるので、アイソパイプの構成材料の再成長を取り除く１つの方法は、アイソパイプ中又はアイソパイプ上、特により加熱された上部でのガラスの最大温度を下げることである。同時に、流動するガラスの温度は、ガラスの失透を防ぐために、アイソパイプの下端−根底部領域−でガラスの液相温度以上に維持されなければならない。したがって、同時にアイソパイプの上部からオーバーフローするガラスの温度を下げながら、アイソパイプの底部でガラスの温度を上昇させることが望ましい。つまり、アイソパイプの上部とアイソパイプの底部の間の温度差又は温度勾配を減じることが望ましい。
【００２２】
堰と根底部の間の温度差を制御する他の理由は、フュージョン・ドロー装置のスタートアップを容易にするためである。すなわち、例えば修繕のための操業停止後、アイソパイプを適切な動作温度に加熱することである。アイソパイプは一般的に耐火材料の一体型ブロックであり、十分に一様に加熱されないならば、加熱中に熱応力から引き起こされるクラックを生じる。従来のフュージョン・ドロー装置では、根底部領域の温度を上げるための最も下の加熱エレメントに供給される電力の上昇はまた、アイソパイプの上部の温度を上昇させ、堰と根底部の間の温度差を潜在的に大きくする。したがって、アイソパイプを加熱する間、アイソパイプの上部の温度は制御要因となる。アイソパイプの上部の温度と
アイソパイプの底部の温度の連動を少なくすることによって、アイソパイプの上部と底部の間の温度差と、均一ではない加熱から生じる応力とが低減され得る。
【００２３】
根底部の温度を上げる最も下の加熱エレメントへの電力を上げることはまた、典型的に、すでに記載したように堰の温度を上昇させることから、堰と根底部の間の温度差を低減する試みは困難である。したがって、アイソパイプの根底部の温度は効率的に、アイソパイプの堰の温度に連動する。このことは図２を用いて、より明らかに理解できる。ここで、図２は絶対時間の関数として、従来のアイソパイプの最も近い２つの位置の温度が表わされている。曲線２０はアイソパイプ１０の上部に近い筺体１６の天井の温度を表わし、曲線２２はアイソパイプの根底部に近い温度を表わしている。図２の左の温度スケールがカーブ２０に対応し、図２の右の温度スケールが曲線２２に対応する。本実験では、上部の加熱エレメント（例えば、図１の１２ｂ−１２ｄ及び１４ｂ−１４ｄ）への電力は、時間間隔ｔ０からｔ１で一定に維持され、最も下の加熱エレメント（例えば、１２ａ及び１４ａ）への電力は、同じ時間間隔で増やされている。予想通り、根底部に近い、アイソパイプの下部の温度は、時間間隔ｔ０からｔ１の間、略３時間の期間で合計約７℃上昇した。また、アイソパイプの上部に近い温度もまたその期間で約４℃上昇したことが明確に示され、筺体の２つの領域の間の温度連動を実証した。本発明はこれらの上部の温度と下部の温度が連動しないことに向けられる。好ましくは、本発明を実施することによって、１時間当り約１℃のアイソパイプの底部の温度上昇が、１時間当り約０．５℃未満のアイソパイプの上部の温度上昇を生じる。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、図３に示すように、本明細書では、溶融ガラス２４が耐火物１０（アイソパイプ１０）の堰２８によって画定される樋２６に供給される例示的ガラス形成装置が示されている。溶融ガラス２４は、下方に流動し、次いでアイソパイプの外表面に沿って内側に流動する２枚の板ガラスを形成するために、アイソパイプの両側を堰２８の上部をオーバーフローする。アイソパイプの外表面は、合流する形成面３０，３２と、垂直形成面３１，３３とを含む。形成面３０と３１が交差する線及び形成面３２と３３が交差する線は、「ブレーク（break）」Ｂと呼ばれる。合流する形成面３０，３２は根底部１４で出会う。堰をオーバーフローする溶融ガラスの２枚のシートと形成面とは根底部１４で出会い、そこで一枚のガラスシート３６に融合する。次いで、ガラスシート３６は引っ張り装置（図３において牽引ローラ３８として示される）に送り込まれ、シートが根底部１４から引っ張られる速度によってシートの厚さが制御される。引っ張り装置は、ガラスシートが十分に冷却されて、引っ張り装置と接触する以前に十分に硬化されるように、根底部の下流に離れて配置されている。
【００２５】
上述したガラス形成法は、フュージョン・ダウンドロー法として公知である。図３からわかるように、アイソパイプの両側をオーバーフローするガラスの外表面は、アイソパイプの外表面のいかなる部分とも接触しない。他方では、最終的なガラスシートを形成する２枚のシート半体の内表面はアイソパイプと接触するが、内表面はアイソパイプの根底部で融合して、最終的なシート体内に埋め込まれる。このように、フュージョン法で得られる最終的なガラスシートの外表面の優れた特性が達成される。
【００２６】
さらにアイソパイプ１０は筺体４０内に配置されている。筺体４０は、実質的にアイソパイプ１０を取り囲み、アイソパイプの温度及びオーバーフローする溶融ガラス２４を維持し、制御するために用いられる。筺体４０は、内側シールド壁４２と、内壁４２が加熱エレメント４４ａ−４４ｄ及び４６ａ−４６ｄとアイソパイプ１０とを隔てるように、根底部１４の垂直方向上方で内壁４２の後方に分布した加熱エレメント４４ａ−４４ｄ及び４６ａ−４６ｄとを備える。４つの加熱エレメントがアイソパイプの片側ごとに示されているが、片側ごとに４つの加熱エレメントよりも多く又は少なくともよい。追加する加熱エレメントは根底部の下に配置してもよい。筺体の内壁４２は時々、マッフル（muffle）４２と呼ばれる。内壁又はマッフル４２は、熱伝導材料ではなく、耐熱材料を備え、かつ、加熱エレメント４４ａ−４４ｄ及び４６ａ−４６ｄから吸収された熱を拡散して、アイソパイプ１０により均一な熱を提供することに役立つことが好ましい。例えば、ＳｉＣ又はヘキサロイ（hexaloy）は内壁４２に適切な材料である。加熱エレメント４４ａ−４４ｄ及び４６ａ−４６ｄは、例えば電気的に抵抗加熱エレメントであってもよく、そして、アイソパイプ１０の幅（アイソパイプの長手方向の一の端部から他の端部まで）に沿って水平方向に延び、適切な電源供給に接触する金属バー（グローバー）を含んでもよい。
【００２７】
図３に示された複数の加熱エレメント４４ａ−４４ｄ及び４６ａ−４６ｄの各々は、周知の適切な熱制御方法及び装置を用いて個々に制御することが好ましい。加熱エレメント４４ａ−４４ｄ及び４６ａ−４６ｄは、例えば、手動制御、サーモスタット制御、又は筺体４０内で適切な温度分布がより容易に維持されるように好ましくはコンピュータ制御される。
【００２８】
アイソパイプから引っ張られるガラスシートはシートの縁よりもシートの中央でより高い温度を有する傾向があるので、加熱エレメントの端部での高温はガラスシートの幅に渡って温度をより均一化するのに役立つ。これは効果的に、シートにおける応力を低減し、かつ形状を誘起させた応力又はシートの歪み（例えば、湾曲）を低減する。そのためには、加熱エレメント４４ａ−４４ｄ及び４６ａ−４６ｄの１以上が、加熱エレメントの端部から放射された熱が加熱エレメントの中央から放射された熱より大きくなるように、断面形状、又は加熱エレメントの長さに沿って変化する分布を有する。例えば、最も下の加熱エレメント４４ａ，４６ａは、加熱エレメントの端部における加熱エレメントの抵抗が加熱エレメントの中央における加熱エレメントの抵抗よりも高くなるように、適合される。変化する電気抵抗を実現する一つの方法は、加熱エレメントの長さに沿って加熱エレメントの断面積を変化することである。図４は、大きな断面積を有する中央部分４５と比較したときに、小さな断面積を有する端部４３を有する加熱エレメント（一般的に、４４，４６）を示している。したがって、加熱エレメントを横切る所与の電流に対して、均質材料と仮定する加熱エレメントの端部は加熱エレメントの中央よりもより加熱される。もう一つの方法として、１以上の加熱エレメントが異なる電気抵抗を有する複合導電性材料を含むこともできる。
【００２９】
図３を再び参照すると、最も下の加熱エレメント４４ａ，４６ａを筺体４０の残りの加熱エレメントと熱的に分離するために、断熱障壁４８が筺体のプレナム４９内に提供される。すなわち、加熱エレメント４４ａ，４６ａそれぞれを加熱エレメント４４ｂ−４４ｄ及び４６ｂ−４６ｄと熱的に分離するために、そして、アイソパイプの底部からアイソパイプの上部の温度を切り離すのに役立つために、断熱障壁４８が筺体のプレナム４９内に提供される。結果として、アイソパイプの上部（例えば、堰２８）は、最も下の加熱エレメント４４ａ，４６ａから受け取る熱が少なくなるのでより冷却され、そして、アイソパイプの下部（例えば、合流する形成面３０，３２及び根底部３４）は、最も下の加熱エレメントからより多くの電力を受け取るのでより加熱される。アイソパイプの上部（樋及び堰）とアイソパイプの下部（例えば、合流する形成面及びアイソパイプ根底部）の間の温度差ΔＴは低減され、それ故にオーバーフローする溶融ガラスのΔＴが低減される。一般論として、アイソパイプの下部（例えば、合流する形成面及び根底部）に対して、ガラスの温度は典型的にアイソパイプの外表面の温度よりも低くなるのに、アイソパイプの上部（例えば、樋及び堰）に対して、ガラスの測定温度はアイソパイプの外表面の温度とほぼ同じである。
【００３０】
断熱障壁４８は１以上の層から構成される。例えば、一の層が障壁に構造的完全性又は強度を提供する層であり、一方、他の層が障壁の断熱特性の大部分を提供する。断熱障壁自体の内に又は断熱障壁自体のＳｉＣ障壁は、例えば、要求される熱特性を提供するには不十分である。したがって、いくつかの実施形態において、断熱障壁４８は構造層４８ａ（例えば、ＳｉＣ）と断熱層４８ｂとから構成される。構造層は断熱層を支持するのが好ましい。さらに、加熱エレメントが時折バラバラになって落ちるので、構造層は最も下の加熱エレメントにいくつかの機械的保護と、断熱障壁４８の下にフュージョン・ドロー装置の部品とを有益に提供する。断熱層は、例えばDuraboard（登録商標）2600のような高温セラミック繊維板を含んでもよい。好ましくは、断熱障壁４８は約０．０００４Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を有し、より好ましくは約０．０１Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を有し、さらにより好ましくは約０．０９Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を有する。ここで、Ｋはケルビン度で表わされ、Ｗがワットで表わされる。例示的なものであり限定的なものではないが、約２．５ｃｍの厚さを有する「Duraboard」 2600の断熱層は少なくとも約０．０９Ｋ＊ｍ２／ＷのＲＳＩを有する。
【００３１】
本発明の実施から生じる低減された堰の温度は、流動する溶融ガラスへのアイソパイプの構成材料、例えばジルコニアの溶液の減少を生じさせ、そして、アイソパイプの根底部での温度上昇は、アイソパイプの根底部での沈殿物質、例えばジルコン結晶を少なくさせる。本明細書に用いられる具体的な実施例は一般に、ジルコン含有アイソパイプに関するけれども、同様に存在する他のアイソパイプ材料の溶解及び沈殿を軽減するのに本発明は有用であることに留意すべきである。好ましくは、最終的なガラス中に沈殿した混入物質／含有物の存在は、最終的なガラスの１ポンド当り約０．３個の欠陥より少なく、より好ましくは最終的なガラスの１ポンド（約４５０ｇ）当り約０．１個の欠陥より少なく、さらにより好ましくは最終的なガラスの１ポンド（約４５０ｇ）当り約０．０９個の欠陥より少なく制限される。さらに、堰の温度を根底部の温度と分離することは、根底部の温度を下げることなく堰の温度を下げるのを促進する。例えば、上部の加熱エレメントへの電力は実質的に低減される。したがって、アイソパイプに供給されるガラスの粘度とガラスの液粘度の間のより小さな粘度範囲を有するガラスの形成が可能である。さらに、低い樋／堰の温度を維持することによって、より高い根底部の温度を同時に可能にする一方、アイソパイプ材料の沈下（sag）又はクリープ（creep）を減少でき、それによってアイソパイプの寿命を延ばすことができる。
【００３２】
筺体４０はまた、冷水源のような冷却流体源（図示せず）から筺体を介して冷却流体を運ぶパイプのような能動的な冷却エレメント５０を含むこともできる。冷却エレメントは加熱エレメントに加えられても、１以上の加熱エレメントと置き換えても良い。加熱エレメントのように、冷却エレメント５０は個々に制御されることもできる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、図５に示すように、内壁の一部分が断熱障壁によって内壁の他の部分と分離されるように、内壁自身が分割される。図５には、筺体１４０と、内側シールド壁１４２と、筺体１４０内に配置されたアイソパイプ１０とを含む装置１００が示されている。筺体１４０はまた、加熱エレメント１４４ａ（及び１４６ａ）と加熱エレメント１４４ｂ（及び１４６ｂ）の間に配置された断熱障壁１４８を含む。断熱障壁１４８は、内壁１４２を下部１４２ａと上部１４２ｂとに分割するように延びる。前出の実施形態のように、断熱障壁１４８は、構造層と断熱層とを含む多段層を含む。好ましくは、断熱障壁１４８は約０．０００４Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を、より好ましくは０．０１Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きく、さらにより好ましくは０．０９Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を有する。
【００３４】
図５に示された複数の加熱エレメント１４４ａ−１４４ｄ及び１４６ａ−１４６ｄの各々は、周知の適切な熱制御方法及び装置を用いて個々に制御することが好ましい。すでに説明したように、（ガラスシートの中央又は高品質領域に対応する）加熱エレメントの中央部分からよりも、より多くの熱が（ガラスシートの縁に対応する）加熱エレメントの端部から放射されるように、１以上の加熱エレメント１４４ａ−１４４ｄ及び１４６ａ−１４６ｄは適合される。図示しなかったが、前記の実施形態と同様に、装置１００は能動的な冷却エレメントを使用してもよい。
【００３５】
他の実施形態において、図６に示すように、筺体２４０と、内側シールド壁２４２と、筺体２４０内に配置されたアイソパイプ１０とを含む装置２００が描かれている。筺体２４０はまた、隣接する加熱エレメントの間に配置された複数の断熱障壁２４８を含む。各断熱障壁２４８は、断熱層と、場合により構造層とを含む多段層から構成される。好ましくは、各断熱障壁２４８は、約０．０００４Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を、より好ましくは０．０１Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きく、さらにより好ましくは０．０９Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を有する。
【００３６】
図６に示された複数の加熱エレメント２４４ａ−２４４ｄ及び２４６ａ−２４６ｄの各々は、周知の適切な熱制御方法及び装置を用いて個々に制御することが好ましい。（ガラスシートの中央又は高品質領域に対応する）加熱エレメントの中央部分からよりも、より多くの熱が（ガラスシートの縁に対応する）加熱エレメントの端部から放射されるように、１以上の加熱エレメント２４４ａ−２４４ｄ及び２４６ａ−２４６ｄは適合される。図示しなかったが、前記の実施形態と同様に、装置２００は能動的な冷却エレメントを使用してもよい。
【００３７】
図７に描かれた本発明のさらに他の実施形態において、筺体３４０と、下部の内側シールド壁３４２ａと、上部の内側シールド壁３４２ｂと、筺体３４０内に配置されるアイソパイプ１０とを含む装置３００が描かれている。筺体３４０はまた、加熱エレメント３４４ａ（３４６ａ）と加熱エレメント３４４ｂ（３４６ｂ）の間に配置された断熱障壁３４８を含む。断熱障壁３４８は、断熱層と構造層を含む多段層を含むこともできる。好ましくは、断熱障壁３４８は、約０．０００４Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を、より好ましくは０．０１Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きく、さらにより好ましくは０．０９Ｋ＊ｍ２／Ｗより大きい熱抵抗率（ＲＳＩ）を有する。
【００３８】
下部内壁部分３４２ａ自身が能動的な加熱エレメントである一方、上部内壁部分３４２ｂは加熱エレメント３４４ａ−３４４ｄ及び３４６ａ−３４６ｄからの受動的な熱伝導体である。能動的な下部内壁部分３４２ａは壁部分を介して電流を流すことによって直接加熱され、又は、能動的な内壁部分は壁部分内に埋め込まれた又は壁部分に取り付けられた加熱エレメントを有することができる。能動的な加熱された壁部分３４２ａと加熱エレメント３４４ａ，３４６ａとは互いに連動して使用され、若しくは、壁部分３４２ａの１つ又は他の部分或いは加熱エレメント３４４ａ，３４６ａは使用が止められる。
【００３９】
本発明のさらに他の実施形態において、複数の加熱エレメントが図８に示したようにアイソパイプの高さ及び幅に渡って垂直及び水平に延びている。ここで、一般的に参照番号４４４で示した分割された加熱エレメントの各々は、複数の垂直及び水平な熱シールド４４８によって隣接する加熱エレメントから熱的に分離される。その結果、熱的に分離された加熱エレメントのグリッドが構成される。個々の加熱エレメント４４４ごとに個別に制御することによって、アイソパイプの幅及び高さに渡って、より改良された温度分布がアイソパイプ１０に対して実施される。例えば、アイソパイプの異なる部分は、アイソパイプの他の部分よりも高温に又は低温に加熱される。分割された加熱エレメントの使用は、単一加熱エレメントの異なる領域から変化した熱量を提供するという複雑な方法に対する要求を取り除くことができる。変化する断面分布を有する加熱エレメントとして使用するよりも、例えば、多数の加熱エレメントは同じ端部に達する要求空間全域で使用される。
【００４０】
図９は、本発明の実施形態の方法及び装置を用いた例示的ジルコンアイソパイプに対しいて、根底部より上への垂直距離の関数として、モデル化されたガラス表面温度を示している。データは、（１）ブレークで最大温度を有する、５７℃の例示的アイソパイプの堰と根底部の間の温度差を示す、標準的なアイソパイプのベースラインデータ、（２）非断熱障壁を含むアイソパイプのデータ、（３）本発明の実施形態の最も下の加熱エレメントと最も下の加熱エレメントより上で垂直方向に隣接する加熱エレメントの間に配置された断熱障壁、（４）隣接する加熱エレメントの間の断熱障壁、という４つの別の状態を示している。データは、共通プレナム（例えば、障壁なし）と比較したときに、非断熱障壁（２）と断熱障壁（３，４）とに対するアイソパイプの上部での温度下降を表わしている。しかしながら、非断熱障壁に対するデータ（２）は、約２℃−３℃だけアイソパイプの上部で温度下降を示し、断熱障壁（３）に対して、温度下降は、非断熱障壁よりさらに７−９℃改善された。最終的に、改善（すなわち、アイソパイプの上部でのより低く温度）を示しているが、多段断熱障壁（４）は、単一の断熱障壁のデータ（３）と比較したとき、より悪い結果を生む。データは、ヘキサロイの内側筺体の壁を有する、ジルコンアイソパイプの中間部からモデル化された。非断熱障壁は、約１０ｍｍ厚のヘキサロイ板である。断熱障壁は、ヘキサロイの障壁の上に組み合わされた２．５４ｃｍ厚の「Duraboard」の層である。加熱エレメントに提供される電力は、４つの状態に対して同じである。上記の例に対する計算温度結果が、以下の表に含まれている。すべての温度単位は℃である。
【表１】
2010527891.tif 000003
【００４１】
図１０に示す他の実施形態において、アイソパイプの幅に渡る温度は、２つのケース、すなわち、断熱障壁を有さない基準ケース、最も下の加熱エレメントと垂直方向に次に隣接する加熱エレメントの間に断熱障壁４８を有する第２ケース、に対してモデル化されている。モデルでは、アイソパイプのガラス流入端部と、アイソパイプの中間部と、流入端部と反対側のアイソパイプの端部（「圧縮（compression）」端部）とにおいて温度を観察した。ブレーク線の温度と根底部の温度に対する結果を図１に示した。曲線５００及び５０２は、基準ケースと第２ケース各々に対するブレーク線でのアイソパイプの温度を示している。曲線５０４及び５０６は、基準ケースと第２ケース各々に対する根底部でのアイソパイプの温度を示している。図１０によって示されるように、ブレークにおける温度は、断熱シールドの付加でアイソパイプの幅に渡り下降している。反対に、曲線５０４と５０６の間の比較は、中間点及び圧縮端部の温度は実質的には変化しないのに、アイソパイプの流入端部での根底部温度の上昇を示している。したがって、ブレーク温度と根底部温度の全温度差は小さくなる。より低いブレーク温度（例えば、より低い上部アイソパイプ温度）のために、アイソパイプ材料が溶解されるのが少なくなる。同時に、少なくとも根底部温度を維持することによって、根底部温度が若干も上昇しない場合、失透の可能性は低減する。
【実施例１】
【００４２】
障壁を有さない基準ケース（曲線６００）と、最も下の加熱エレメントと垂直方向の次に隣接する加熱エレメントの間に断熱障壁を有するケース（曲線６０２）とに対する沈殿したジルコンの形成に対する予測した差異を示すさらなるモデル化したデータを、図１１に示した。ガラス流は１時間当り約１５００ポンドと仮定した。曲線６００によって表わされた基準ケースの、堰、ブレーク及び根底部のアイソパイプ温度はそれぞれ、１２３２℃、１２１３℃及び１１５３℃であった。曲線６０２によって表わされた断熱シールドを有する同じ温度（堰、ブレーク及び根底部）はそれぞれ、１２２８℃、１２０５℃及び１１５９℃であった。アイソパイプをオーバーフローする溶融ガラスのように、アイソパイプガラス表面で過飽和のＺｒＯ２の結果として、沈殿したジルコン結晶（「２次」ジルコン）がアイソパイプ上に形成する。過飽和の存在を決定するため、溶融ガラス中のＺｒＯ２濃度分布を知ることと、その濃度をガラス中の実際のＺｒＯ２濃度と比較することが必要である。その結果として、プロットの左軸（ｙ軸）は、ガラス中のＺｒＯ２濃度からガラス中のＺｒＯ２飽和濃度を減算したものを示している。水平又はｘ軸は溶融ガラスの方向にアイソパイプの表面からの垂直距離を示している。図１１は、最も下の加熱エレメント（例えば、エレメント４４ａ）と垂直方向に次に隣接する加熱エレメント（例えば４４ｂ）の間に断熱障壁が位置付けられたときに、２次ジルコンが形成するガラスへの距離が縮小し、その結果、アイソパイプ上の２次ジルコンの成長が制限されることを示している。すなわち、ＺｒＯ２の有効性を低減又は除去するように、アイソパイプの表面からジルコン結晶が生じ得る距離が小さくなり、それによって、ジルコン結晶の成長量が制限され得る。図１１はまた、飽和濃度を超えた溶融ガラス中のＺｒＯ２濃度が断熱障壁の使用により下がることを示している。
【実施例２】
【００４３】
従来のアイソパイプ及び筺体に対して、加熱エレメントに供給されたｋＷ単位の電力を左側軸に、堰と根底部の間の温度差を右側軸に、時間単位の時間を底軸（ｘ軸）にプロットしたチャート図を図１２に示した。４つの曲線が示されている。３つの曲線は、３つの加熱領域、すなわち、根底部の下の加熱領域（遷移（transition）領域）と、根底部に隣接した下部マッフル加熱領域（すなわち、本明細書で使用される最も下の加熱エレメント、例えば１２ａ）と、上部マッフル加熱領域（最も下の加熱エレメントの上のヒータ、例えば１２ｂ，ｃ，ｄ）に供給された電力を表わしている。３つの曲線はそれぞれ、曲線７００、７０２、７０４として参照される。４番目の曲線７０６は、アイソパイプの堰と根底部の間の温度差を表わしている。
【００４４】
本発明の実施例のアイソパイプ及び筺体に対して、加熱エレメントに供給されたｋＷ単位の電力を左側軸に、堰と根底部の間の温度差を右側軸に、時間単位の時間を底軸（ｘ軸）にプロットしたチャート図を図１３に示した。４つの曲線が示されている。３つの曲線は、３つの加熱領域、すなわち、根底部の下の加熱領域（遷移（transition）領域）と、根底部に隣接した下部マッフル加熱領域（すなわち、本明細書で使用される最も下の加熱エレメント、例えば４４ａ）と、上部マッフル加熱領域（最も下の加熱エレメントの上のヒータ、例えば４４ｂ，ｃ，ｄ）に供給された電力を表わしている。３つの曲線はそれぞれ、曲線８００、８０２、８０４として参照される。４番目の曲線８０６は、アイソパイプの堰と根底部の間の温度差を表わしている。図１３のフュージョン・ドロー装置において、断熱層は筺体（例えば、筺体１６）上部から取り除かれている。
【００４５】
図１２及び図１３のアイソパイプそれぞれの加熱を説明する、図１２と図１３のフュージョン・ドロー装置を比較すると、様々な加熱領域の間の電力バランスは筺体上部で断熱層の除去により変化したが、根底部と堰の間の温度差は有意には変化しないということを示している。
【００４６】
従来の他のアイソパイプ及び筺体（例えば、筺体１６）に対して、加熱エレメントに供給されたｋＷ単位の電力を左側軸に、堰と根底部の間の温度差を右側軸に、時間単位の時間を底軸（ｘ軸）にプロットしたチャート図を図１４に示した。４つの曲線が示されている。３つの曲線は、３つの加熱領域、すなわち、根底部の下の加熱領域（遷移（transition）領域）と、根底部に隣接した下部マッフル加熱領域（すなわち、本明細書で使用される最も下の加熱エレメント、例えば１２ａ）と、上部マッフル加熱領域（最も下の加熱エレメントの上のヒータ、例えば１２ｂ，ｃ，ｄ）に供給された電力を表わしている。３つの曲線はそれぞれ、曲線９００、９０２、９０４として参照される。４番目の曲線９０６は、アイソパイプの堰と根底部の間の温度差を表わしている。図１４矢印は、曲線９０６において、実験中の熱電対温度計の故障の位置を示している。
【００４７】
本発明の実施例のアイソパイプ及び筺体（例えば、筺体４０）に対して、加熱エレメントに供給されたｋＷ単位の電力を左側軸に、堰と根底部の間の温度差を右側軸に、時間単位の時間を底軸（ｘ軸）にプロットしたチャート図を図１５に示した。４つの曲線が示されている。３つの曲線は、３つの加熱領域、すなわち、根底部の下の加熱領域（遷移（transition）領域）と、根底部に隣接した下部マッフル加熱領域（すなわち、本明細書で使用される最も下の加熱エレメント、例えば４４ａ）と、上部マッフル加熱領域（最も下の加熱エレメントの上のヒータ、例えば４４ｂ，ｃ，ｄ）に供給された電力を表わしている。３つの曲線はそれぞれ、曲線１０００、１００２、１００４として参照される。４番目の曲線１００６は、アイソパイプの堰と根底部の間の温度差を表わしている。図１３のフュージョン・ドロー装置において、本発明の実施例の断熱障壁は最も下の加熱エレメント（例えば、ヒータ４４ａ，４６ａ）と隣接する加熱エレメント（例えば、４４ｂ，４６ｂ）の間に設置されている。非断熱構造障壁は約１０ｍｍ厚のヘキサロイ板である。断熱障壁は、約２．５４ｃｍ厚の「Duraboard」の層である。図１３のフュージョン・ドロー装置に対して行ったように、断熱層も筺体上部から取り除かれている。断熱障壁は約０．０９Ｋ＊ｍ２／ＷのＲＳＩを有する。
【００４８】
図１４と図１５はそれぞれのアイソパイプの加熱を示している。図１４と図１５の曲線を比較すると、断熱障壁を追加した堰と根底部の温度差が５０％低減されたことを示している。図１２及び図１３のデータにより示されるように、断熱層の除去はこの変化に実質的に寄与したとは判断されなかった。堰と根底部との温度差の大きな低減は、加熱工程中での熱応力をかなり低減する可能性と、アイソパイプがバラバラになるリスクを低減する可能性を明示している。
【００４９】
本発明の上記実施例、特に「好ましい」実施例も、単に実施できる実施例であり、本発明の原理の明確な理解のために単に説明しているだけである。本発明の範囲及び精神から離れることのなく、本発明の上記の記載の実施例から多くの変更及び変形が可能である。このような全ての変更及び変形は、本開示及び本発明の範囲内で明細書に包含され、かつ別紙の特許請求の範囲により保護されることを意図するものである。
【００５０】
ことができるであろう。
【符号の説明】
【００５１】
１０    アイソパイプ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４４ｄ，１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃ，１４６ｄ  加熱エレメント
１４    根底部
１６，４０，１４０，２４０    筺体
１８，４９    プレナム
２４    溶融ガラス
２６    樋
２８    堰
３６    ガラスシート
３８    牽引ローラ
４２，１４２，２４２    内側シールド壁
４８，１４８，２４８，３４８    断熱障壁
５０    冷却エレメント
１００，２００，３００  ガラスシート形成装置
【図１】
2010527891.tif 000004
【図２】
2010527891.tif 000005
【図３】
2010527891.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010527891.tif 000009
【図７】
2010527891.tif 000010
【図８】
2010527891.tif 000011
【図９】
2010527891.tif 000012
【図１０】
2010527891.tif 000013
【図１１】
2010527891.tif 000014
【図１２】
2010527891.tif 000015
【図１３】
2010527891.tif 000016
【図１４】
2010527891.tif 000017
【図１５】
2010527891.tif 000018
【国際調査報告】
2010527891.tif 000019
2010527891.tif 000020