用改进的端部支承条件控制溢流槽下弯

摘要

本发明涉及一种当使用溢流下拉熔融法制造平板玻璃片的时候，防止溢流槽下弯的方法。该方法在放置在支承件上的溢流槽的至少一端上施加垂直约束件，从而减少溢流槽在使用过程中的下弯和/或下弯速率。已发现，相对于不使用本发明的垂直约束件、或者沿溢流槽的侧面施加压缩力的溢流槽，使用根据本发明的垂直约束块，可以将下弯和/或下弯速率减小至少40％。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2007年5月11日提交的美国临时专 利申请第60/928726号的优先权。

技术领域

本发明涉及用于通过熔融法制造平板玻璃的溢流槽(isopipe)，具体涉 及用来控制所述溢流槽在使用过程中出现的下弯的技术。

背景技术

熔融法是玻璃制造领域中用来制造玻璃片的一种基础技术。(见A.K. Varshneya的“平板玻璃”，无机玻璃基础(Fundamentals of Inorganic Glasses)(Academic Press Inc.，Boston 1994)，第20章，第4.2节，第534-540 页)与浮法和狭缝拉制法之类的本领域已知的其它方法相比，所述熔融法制 得的玻璃片的表面具有优良的平面度和光滑度。因此，熔融法对于用于制 造液晶显示器(LCD)的玻璃基片以及需要优良的平面度和光滑度的其它基 片的制造变得极为重要。以下共同转让的专利中对熔融法，特别是溢流下 拉熔融法进行了讨论：Stuart Dockerty的美国专利第3,338,696号和第 3,682,609号，Overman的美国专利第3,437,470号，这些专利的教导参考结 合入本文中。

在熔融法中，将熔融玻璃加入溢流槽中，使其从两侧均匀地溢流，形 成具有未受破坏表面的平板玻璃片。所述溢流槽设计成以均一的流速输送 熔融玻璃，对于具有均一厚度的玻璃的制造来说，使用溢流槽和均一的流速 是非常关键的。由于高操作温度以及溢流槽自身和熔融玻璃带来的重力负 载，溢流槽会因蠕变行为随着时间而下弯。这会使得沿溢流槽的流速发生 变化，并影响最终玻璃的质量。在以下专利文献中描述了“控制下弯”的 方法：共同转让的美国专利申请公开第2003/0192349 A1号以及第 2004/0055338 A1号；以及日本专利申请公开第2004-315286号和第 2004-315287号。如美国专利申请公开第2003/0192349 A1号的图1和图2 所示，目前利用水平压缩力来减少下弯。但是，随着溢流槽变得更长，需 要更高的压缩力，采用这些更高的压缩力会给设计过程带来很大的挑战。 具体来说，为了保持产品质量和降低成本，随着使用熔融法和溢流槽制造 的玻璃基片尺寸增大，将溢流槽下弯减少到零，或者尽可能接近零的需要变 得更为重要。

现有技术的溢流槽的行为类似于简单支承梁(simple-supported beam)(见图1和图2)。也就是说，溢流槽的两端位于墩块上，防止其发生 垂直移动(图1)。这种边界条件使得溢流槽的端部可以发生旋转，使得两端 都处于非零的倾斜状态。目前采用的一种校正倾斜，使得保持零倾斜，或 者尽可能保持接近零倾斜的方法是，在溢流槽的端部施加压缩力(见图2)， 以产生反弯矩，该反弯矩可以部分地抵消由于溢流槽以及玻璃的重量产生 的弯矩(即溢流槽“下弯”)。然而，这种压缩力的校正法存在两个缺点，即：

(1)由于弯矩力臂非常短，该力在产生大的弯矩上是非常低效的；

(2)由于这种低效，需要很大的力，这可能会导致潜在的翘曲。

图1是美国专利申请公开第2002/019349号的示图，其图示了用于溢 流下拉熔融法的熔融槽(fusion pipe)(溢流槽)的结构。如图1所示，该系 统包括向收集槽11提供熔融玻璃的供料管9，所述收集槽11在称作溢流槽 的耐火体13中形成。一旦达到稳态操作，熔融玻璃从供料管通至收集槽， 然后在收集槽两侧从顶部溢流，由此形成两片玻璃，所述玻璃沿熔融槽的 外表面向下然后向内流动。这两片在熔融槽的底部或根部15汇合，在此熔 合在一起形成单片玻璃(未计数的)。然后，将该单片输送至拉制设备(由箭 头17大略表示)，该设备通过拉制该片离开根部的速度来控制该片的厚度。 拉制设备位于根部的相当远的下游，以使该单片在与该设备接触之前已经 冷却和变硬。从图1可以看到，最后的玻璃片的外表面在该方法的任何阶 段都不与熔融槽外表面的任何部分接触。而是，这些表面只与环境气氛接 触。形成最后玻璃片的两个半片玻璃的内表面确实与熔融槽接触，但是这 些内表面在熔融槽的根部熔合在一起，因此埋在最后玻璃片体内。以这种 方式，可以获得外表面性能优良的最后玻璃片。

从上文可以很清楚地看到，熔融工艺要获得成功，熔融槽13是很关键 的。具体来说，熔融槽的尺寸稳定性是非常重要的，这是因为熔融槽几何尺 寸的变化会影响整个工艺的成功。不幸的是，所述熔融槽所使用的条件使 其很容易发生尺寸变化。所述熔融槽必须在约等于或高于1000℃的高温下 操作。另外，对于溢流下拉熔融法，所述熔融槽必须在这样的高温下操作， 同时要支承其自身的重量以及从其侧面溢流的和在槽11内的熔融玻璃的重 量，还要受到在熔融玻璃拉制的时候，通过熔融玻璃回传给熔融槽的至少 一些张力。根据要制造的玻璃片的宽度，熔融槽可具有约大于或等于1.5 米的未支承长度。因为该工艺在高温下操作，熔融槽的材料容易发生蠕变。 因此，熔融槽在重力作用下稳定地下弯。最后，下弯达到了最终玻璃的质 量和/或尺寸不再在技术规格之内的程度，熔融槽就需要停止使用并更换。 因此最好减小熔融槽的下弯速度，从而延长其使用寿命。

同样来自美国专利公开第2002/019349号的图2是示意图，其显示了 利用偏离中心轴的力来控制下弯。在图2中，熔融槽13在端部用支承件21 支承，并具有中性轴19。所述中性轴是根据熔融槽质量分布、温度分布以 及其材料性质随温度的变化关系，在熔融槽13发生弯曲的时候不会发生伸 长或收缩的轴。从另一方面来说，所述中性轴是如果在不存在图2的轴向 力F而其它条件相同的情况下，熔融槽13发生弯曲，其不会发生伸长或收 缩的轴。如图2所示，为了校正下弯，在水平方向在中性轴19下方H距离 处对熔融槽13施加轴向力F。因此，所述轴向力会在熔融槽的端部产生大 小为FH的端部力矩。这些力矩的意义在于，它们减少熔融槽在重力作用下 下弯的趋势。轴向力产生的力矩不会消除熔融槽的全部形变，但是如下面的 比较例所示，通过适当地选择F和H将能够显著地延长熔融槽的使用寿命。 但是，由于上文所述的原因，不希望施加和保持所述轴向力F。

因此，由于在用压缩力防止下弯时遇到的困难；人们需要一种更好的 而且优选更简单的防止溢流槽下弯的方法。

概述

本发明涉及一种当使用溢流下拉熔融法制造平板玻璃片的时候，防止 溢流槽下弯的方法。本发明的方法在放置在支承件上的溢流槽的至少一端 施加垂直的约束件。

本发明还涉及一种减少溢流槽的下弯或者下弯速率的方法，如图4所 示，溢流槽具有纵轴100(图4结构下方所示)，中间区域以及第一和第二端 区域72和74；第一端区域72为进口端，第二端区域74也被称为压缩侧， 这是因为溢流槽和玻璃上的重量在施加于支承件80上时造成的。通过将溢 流槽的第一和第二端区域放置在支承件80上对其进行支承，在溢流槽之上、 至少一端区域处放置垂直约束件，以对抗由于重力造成的下弯。图4显示 了使用表示为部件92和94的两个垂直约束件。在图6所示的另一个实施 方式中，溢流槽70的一个或两个区域72和74可以各自独立地用一个或多 个用于施加力的夹具支承[例如，但不限于，具有用来固定的可活动部件(未 显示)的C形夹具]，该夹具在图6中表示为画交叉阴影线的部件192和194。 夹具192和194可以具有与夹具形成整体的图3的支承块80，因此夹具同 时进行支承和夹持；或者可以将溢流槽70放置在如图3所示的支承件80 上，夹具192和194放置在溢流槽和支承块周围。

本发明还涉及一种减少溢流槽的下弯或下弯速率的方法，相对于不包 括使用本文所述的至少一个垂直约束件、或者对溢流槽的侧面施加压缩力 的方法，本发明的方法可以将溢流槽的下弯或下弯速率减少至少40％。

附图简要说明

图1是美国专利申请公开第2003/0192349号的示意图，图中显示用于 制造平板玻璃片的溢流下拉熔融法的熔融槽(溢流槽)。

图2是美国专利申请公开第2003/0192349号的示意图，图中显示用来 控制下弯的偏离中心的同轴的力。

图3是常规溢流槽及其边界条件的示图，图中溢流槽放置在支承件上， 防止溢流槽的端部发生垂直移动。

图4是本发明的示图，其中除了图3所示的支承件以外，还将垂直位移 约束件92放置在溢流槽进口端的顶面上以控制下弯；任选地将另外的约束 件94放置在溢流槽的压缩端上。

图5是说明在距离仅使用墩块或支承件来控制下弯的溢流槽以及根据 本发明包括另外的垂直约束件的溢流槽的进口端处测量的下弯的图。

图6是本发明的示图，其中除了图3所示的支承件以外，还将可调节夹 具约束件912放置在溢流槽进口端处以控制下弯；任选地将另外的可调节 夹具约束件194放置在溢流槽的压缩端上。

详细描述

本发明涉及一种简单而有效的防止溢流槽下弯的方法。图3是溢流槽 70的示意图，图中显示溢流槽70放置在支承件80上。溢流槽70具有纵轴， 如下面的图4中的双箭头100所示。图4中不像图2中的溢流槽13的情况， 未对溢流槽70施加轴向力F。

使用近似假设，溢流槽是具有均匀截面，受到均匀分布的负载作用的 梁，则对于图3所示的简支梁的情况，挠曲分布曲线可以描述为距离进口端 的距离x的函数：

$u_1\left(x\right)=\frac{{\omega }_o}{\mathrm{EI}}\{-\frac{1}{24}{x}^4+\frac{L}{12}{x}^3-\frac{L^3}{24}x\}$

上式中，ω_o(N/m)是均匀分布的负载，E是杨氏模量，I是第二惯性矩，L 是溢流槽的长度。如果根据本发明，如图4所示，在溢流槽的一端，例如 进口侧72添加另外的约束件92，以防止发生倾斜变化，则挠曲分布曲线变 为：

$u_2\left(x\right)=\frac{{\omega }_o}{\mathrm{EI}}\{-\frac{1}{24}{x}^4+\frac{5L}{48}{x}^3-\frac{L^2}{16}{x}^2\}$

图5是设定所有的常数ω_o，E，I和L为一单位数值之后，在0≤x≤1范 围绘制的曲线u₁，u₂的图。假定所有的其它条件都是相同的，图中显示通过 在溢流槽72的端部增加约束件92，溢流槽的下弯的数值由简支梁情况的大 约0.013(曲线A)减小到0.0054。因此，在本发明的一个实施方式中，通过 在溢流槽进口侧72使用单个垂直约束件92，可以将下弯减少大约59％。 这仅为使用简支梁条件的下弯的41.5％(曲线B)。在本发明的第二实施方式 中，通过在与进口侧72相反的端部74(通常称为压缩侧)使用第二垂直位移 约束件94，可以进一步减小下弯，因为在此情况下，溢流槽的两端都受到 约束或者夹持。

在本发明的另一个实施方式中，不管溢流槽的截面如何变化(截面变 化会产生从进口端到压缩端不对称的下弯分布曲线)，如果我们不是使用固 定的约束件，而是对溢流槽的进口侧72和压缩侧74的顶面与其垂直约束 件之间的间隙或者力进行控制，则我们可以得到从进口端到出口端对称的 下弯分布曲线。也就是说，通常垂直约束件是固定的约束件，其不允许与 其接触的表面发生任何垂直移动。但是，如果在该另一个实施方式中，对 约束件的刚性进行控制，除了能够减少溢流槽下弯以外，还可以对从进口 端到压缩端的下弯分布曲线进行控制，其结果是进一步改进制得的玻璃产 品的性能和质量。因此，所述约束件可以是固定的刚性约束件，或者是可 调节的约束件(例如但不限于，C形夹具)，该可调节的约束件能够调节约束 件施加的力，从而防止垂直方向的移动，或者允许选择在垂直方向移动的 程度。

因此，在一个方面，本发明涉及一种用于熔融拉制法的溢流槽，所述 溢流槽是纵向延伸的耐火部件，其具有贯穿其纵向的开口，以便于熔融玻 璃沿着所述部件的相反面自由地流动，所述部件在第一端和第二端由位于 所述端下方的支承件支承，改进之处是，将垂直支承部件加在位于所述溢 流槽的第一和第二端中的至少一端之上并与之接触，以对抗由于重力造成 的下弯；其中，所述位于溢流槽之上并与之接触的垂直约束件对所述溢流 槽施加力，防止所述溢流槽的垂直移动，并减小所述溢流槽的下弯和/或下 弯速率。所述垂直约束部件可以是固定的刚性垂直约束部件，或者是可调 节的垂直约束部件。

在图6所示的实施方式中，溢流槽70的一个或两个区域72和74可以 各自独立地用一个或多个用于施加力的可调节夹具支承[例如，但不限于， 具有用来固定的可活动部件(未显示)的C形夹具]，该夹具在图6中显示为 画交叉阴影线的部件192和194。夹具192和194可以具有与夹具形成整体 的图3的支承块80，因此夹具同时进行支承和夹持；或者可以如图3所示 将溢流槽70放置在支承件80上，夹具192和194放置在溢流槽和支承块周 围。

因此，本发明涉及一种减小用于熔融玻璃制造工艺的溢流槽的下弯速 率的方法，所述方法至少包括以下步骤：提供具有纵轴、中间区域以及第一 和第二端区域的溢流槽；通过将所述端区域放置在支承件的顶部上，支承 所述第一和第二端区域，从而防止所述端的向下垂直移动；将垂直约束件 放置在所述溢流槽的第一端和第二端中的至少一端之上，并与之接触，以 对抗由于重力造成的下弯；所述位于溢流槽之上并与之接触的垂直约束件 对所述溢流槽施加力，以防所述溢流槽的垂直移动，并减少所述溢流槽的 下弯和/或下弯速度。该方法使用的所述垂直约束部件可以是固定的刚性垂 直约束部件，或者是可调节的垂直约束部件。相对于不在溢流槽的至少一 端使用垂直约束部件、或者对溢流槽的侧面施加压缩力的方法，本发明的 方法可以将下弯和/或下弯速率减少至少40％。

尽管已经关于有限数量的实施方式描述了本发明，但是受益于本公开 内容的本领域技术人员可以理解能够设计不背离本文所揭示的本发明范围 的其他实施方式。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书限定。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种减小用于熔融玻璃制造法的溢流槽的下弯速率的方法，所述方 法包括：

提供溢流槽，所述溢流槽包括纵轴、中间区域、以及第一和第二端区 域，

通过将所述端区域放置在支承件的顶部上，支承所述第一和第二端区 域，从而防止所述端的向下垂直移动，和

将垂直约束件放置在所述溢流槽的第一端和第二端中的至少一端之 上，并与之接触，以对抗由重力造成的下弯；

所述位于溢流槽之上并与溢流槽接触的垂直约束件对溢流槽施加力， 以防止所述溢流槽的垂直移动，并减小所述溢流槽的下弯和/或下弯速率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加力的垂直约束件 是固定的刚性约束件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加力的垂直约束件 是可调节的约束件，以控制约束件对溢流槽施加的力。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垂直约束件放置在所 述溢流槽的第一端之上，与该第一端接触，并对该第一端施加向下的力。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垂直约束件放置在所 述溢流槽的第一和第二端之上，与该第一和第二端接触，并对该第一和第 二端施加向下的力。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于不包括使用所述至 少一个垂直约束件、或者沿溢流槽的侧面施加压缩力的方法，所述的方法 将溢流槽的下弯或下弯速率减小了至少40％。

7.一种用于熔融拉制法的溢流槽，所述溢流槽是纵向延伸的耐火部 件，其具有贯穿其纵向的开口，以便于熔融玻璃沿着所述部件的相反面自 由地流动，所述溢流槽在第一端和第二端由位于所述端之下的支承件支承，

改进之处包括，将垂直约束部件加在所述溢流槽的第一端和第二端中 的至少一端之上，并与之接触，以对抗由重力造成的下弯；

所述位于溢流槽之上并与之接触的垂直约束件对溢流槽施加力，以防 止所述溢流槽的垂直移动，并减小所述溢流槽的下弯和/或下弯速率。

8.如权利要求7所述的溢流槽，其特征在于，所述垂直约束部件选自： 固定刚性约束部件和可调节的垂直约束部件。