溢流下拉玻璃管形成设备的制作方法

背景技术：

本公开总体涉及制造熔凝玻璃管，具体来说，涉及由溢流法形成的熔凝玻璃管。

在玻璃形成中，如在现有制造方法中所典型的，当表面接触工具时，表面被损坏。当通过裸眼观察时，这些损坏可见为光学扭曲。此外，当通过氙阴影图(Xenon shadowgraph)观察时，这些缺陷容易作为深色的线而看见。对于需要类似于使用熔合形成的玻璃实现的最高光学质量的应用而言，损坏的表面是不理想的。此外，通过工具产生的缺陷可降低管的强度和可靠性。

发明概述

本公开的一个实施方式是用于形成玻璃管的设备，其包括具有外侧表面和内侧表面的环状形成器。形成器是“环状的(endless)”，因为其包括环或者没有开始或结束的其它封闭的回路结构。熔融玻璃可沿着外侧表面和内侧表面流动，从而在玻璃形成器底部处相遇来形成熔凝玻璃管。所述设备包括至少两个来源，所述来源供应熔融玻璃用于在外侧表面和内侧表面上流动。

在本公开的另一种实施方式中,用于形成玻璃管的设备可包括供应熔融玻璃的第三来源。在这种实施方式中,两个不同熔融玻璃的层可沿着形成器的内侧壁流动来与沿着形成器的外侧壁流动的第三层相遇，从而形成3层熔凝玻璃管。

在本公开的另一种实施方式中，用于形成玻璃管的设备可包括多于两个将熔融玻璃供应到形成器的来源。这个方面的一种示例实施方式可包括供应熔融玻璃的第三来源。在这种实施方式中,两个不同熔融玻璃的层可沿着形成器的外侧壁流动来与沿着形成器的内侧壁流动的第三层相遇，从而形成3层熔凝玻璃管。或者，在这种实施方式中,两个熔融玻璃的层可沿着形成器的内侧壁流动且与沿着形成器的外侧壁流动的第三层相遇，从而形成3层熔凝玻璃结构。实际上，本文所述的设备和方法可概括到n个来源，所述n个来源将熔融玻璃供应到形成器外部，且提供在形成器外部上流动的n层熔融玻璃；以及m来源，所述m个来源将熔融玻璃供应到形成器内部，且提供在形成器内部上流动的m层熔融玻璃，从而在形成器底部处形成n+m层状玻璃结构。

在以下的详细描述中提出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

多个附图视图简述

图1是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图2是用于本公开的一种实施方式的形成器的升高视图。

图3是用于本公开的一种实施方式中的固定环的一部分的透视图。

图4是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图5是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图6是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面俯视图。

图7是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图8是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图9是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图10是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图11是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图12是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

图13是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。

具体实施方式

下面详细参考本公开的实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。

图1是本公开的熔凝玻璃管形成设备的一种实施方式的升高的横截面侧视图。用于形成玻璃管的设备10包括环状形成器12和熔融玻璃容器(hold)14。环状形成器12称作环状是因为其包括封闭的回路，例如圆形环，但可具有不同形状，例如矩形或正方形。如通过下文而显而易见的是，环状形成器12的形状总体上限定通过用于形成玻璃管的设备10制备的所得熔凝玻璃管的形状。

环状形成器12具有下部部分16,中间部分18和上部部分20。环状形成器12还具有外部表面22和限定内部表面26的内部通道24。如图1所示，环状形成器的下部部分16是总体上楔形的，其具有朝向彼此倾斜以限定具有底部27的锥形的外部表面22和内部表面26。下部部分16的锥形不限于图1所示的构造。例如,下部部分16的楔可来自单独朝向内部表面26倾斜的外部表面22,或单独朝向外部表面22倾斜的内部表面26。如下文所更加详细描述，楔形部分的形状和尺寸可取决于待形成的玻璃组合物或其它考虑而变化，例如管厚度、管形状、热限制和环境条件。

环状形成器12的外部表面22提供表面，熔融玻璃可沿着所述表面流动到底部27。类似地,内部表面26提供表面，熔融玻璃可沿着所述表面流动朝向底部27。沿着外部表面22和沿着内部表面26流动的熔融玻璃在底部27相遇，由此形成熔凝玻璃管。如上所述，通过环状形成器12形成的熔凝玻璃管的横截面取决于环状形成器12的形状。

熔融玻璃容器14具有下部腔室28和上部腔室30。

下部腔室28具有含开口32的下部腔室地板31。开口32构造成允许设置环状形成器12。设置在地板31的开口32中的环状形成器12的排布限定玻璃流动间隙33。下部腔室28还包括侧壁34和天花板36。熔融玻璃可通过熔融玻璃进料器44加料到下部腔室28。下部腔室28的地板31构造成促进熔融玻璃从熔融玻璃进料器44流动到玻璃流动间隙33，从而熔融玻璃将均匀地流动通过玻璃流动间隙33。如下文所更加详细描述，可为下部腔室28提供任意数目的装置，用于调节熔融玻璃的流动，以促进适当和均匀的流动。

熔融玻璃容器14的上部腔室30的构建类似于下部腔室28的构建。上部腔室30具有地板38,侧壁40和天花板42。上部腔室30的地板38包括开口43来容纳环状形成器12的上部部分20。环状形成器12可设置在开口43之内，从而上部部分20在上部腔室30的地板38之上延伸。可为上部部分提供凹痕74，从而具有底座(foot)72的固定环70可将环状形成器在上部腔室地板38的开口43之内以及在下部腔室地板31的开口32之内固定到位。

熔融玻璃可通过熔融玻璃进料器48流入上部腔室30。上部腔室30的地板38构造成促进熔融玻璃均匀地流向地板38中的开口43和固定环70。在图1所示的构造中，熔融玻璃将朝着固定环70，从熔融玻璃进料器48流入上部腔室30。固定环70将用作调节熔融玻璃流动的坝，从而熔融玻璃必须升高到固定环70的高度水平，然后熔融玻璃可流过固定环，且流入环状形成器12的内部通道24。

熔融玻璃可随后沿着内部表面26朝着环状形成器12的底部27向下流动。沿着环状形成器的内部表面26向下流动的熔融玻璃的膜(或者描述为层或涂层)将与来自下部腔室28且向下流经环状形成器12的外部表面22的熔融玻璃流相遇和熔凝。在内部表面26上的熔融玻璃的流动将提供熔凝玻璃管的内部表面，而在外部表面22上向下流动的熔融玻璃将提供熔凝玻璃管的外部表面。因为没有接触任何表面，工具或其它装置，所得熔凝玻璃管将具有纯净的内部表面和外部表面。

排气孔46可连接到下部腔室28，且排气孔50可连接到上部腔室30，从而当熔融玻璃分别流入下部腔室28和上部腔室30时排放气体。

如图1所示，熔融玻璃容器14包括多个绝热组件，以防止熔融玻璃的不想要的冷却。熔融玻璃容器可包括陶瓷砖52,54,以及陶瓷板56,58,60,62,64,66。这些绝热组件在工业中是标准的，且在本公开中设想了绝热组件的任意组合。

下部腔室28的地板31,侧壁34和天花板36，以及上部腔室30的地板38，侧壁40和天花板42应由在玻璃制备中常用的材料制成,例如,铂或陶瓷,例如,锆石或氮化硅。类似地,固定环70和环状形成器12应由熔融玻璃中常用的材料制成,例如,铂或陶瓷，例如,锆石或氮化硅(例如，参见美国专利号3,338,696,3,437,470,3,682,609,和8,028,544,以上各文的全部内容通过引用纳入本文)。下部腔室28和上部腔室30可通过本技术领域所公知的任意方式来加热，例如对流、传导、辐射或平流。例如,下部腔室28和上部腔室30可通过任选地由铂制成的加热丝或线圈68来加热。

图1显示下部腔室28，其能使用加热丝或线圈68沿着整体地板31,侧壁34,和天花板36在全部侧面上进行加热。类似地,沿着地板38,侧壁40和天花板42的整体长度，用加热丝或线圈68作为上部腔室30的内衬。可在下部腔室28的不同区域中调节通过加热丝或线圈68产生的加热，这形成热梯度，其也可有助于调节通过腔室28到达玻璃流动间隙33的熔融玻璃流动。类似地,可在上部腔室30的不同区域中调节加热丝或线圈68，这在上部腔室30中形成热梯度，且还调节通过该腔室30的熔融玻璃流动。

可为上部腔室30的天花板42提供开口77，从而容纳包括杆79和钟形罩80的活塞78。杆79是可垂直调节的，从而可在上部部分20处，将钟形罩80降低进入环状形成器12的内部通道24，从而调节进入环状形成器12的内部通道24的熔融玻璃的流动。

图2是用于本公开的一种实施方式的形成器的升高视图。图2中所示的形成器12对应于图1中所示的实施方式。具体来说，形成器12包括凹痕74,其与固定环70(图1)配合，以将形成器12固定在用于形成玻璃管的设备10之内。

图3是固定环70的一部分的透视图。固定环70包括底座72和上部延伸部分82。底座72构造成啮合形成器12的凹痕74(图2)。当将形成器12设置在用于形成玻璃管的设备10之内且环70的底座72啮合凹痕74时,形成器12在设备10之内固定到位，如图1所示。

图4是本公开的一个实施方式的升高的横截面视图。图4中所示的用于形成玻璃管的设备10与图1所示的设备相同，且环76设置在下部腔室28的地板31的开口32中。环76常规地由铂制成，但可由加工熔融玻璃中常规使用的任意材料制成。环76将用作调节熔融玻璃流动的坝，从而熔融玻璃必须升高到环76的高度水平，然后熔融玻璃可流过环76，且流入玻璃流动间隙33。

图5是本公开的一个实施方式的升高的横截面视图。图5所示的用于形成玻璃管的设备10与图1所示的设备相同，且轮廓化坝84设置邻近上部腔室30中的固定环70。轮廓化坝84包括增加的高度H1和降低的高度H2。为轮廓化坝84设计所述高度变化，从而调节从玻璃进口48到地板38中开口43的熔融玻璃流动。来自玻璃进料器48的熔融玻璃的流可需要通过例如轮廓化坝84的装置来调节，从而确保适当和均匀地流入形成器12的内部通道24。增加的高度H1邻近玻璃进料器48以负责上部腔室30的进料侧上存在的更大体积的熔融玻璃。从高度H1过渡到高度H2的轮廓化坝84的上部表面的形状通过所需的流动性质来决定，且当沿着升高的横截面观察时(即，如图5所示)可具有线性或非线性形状。

图5的设备10与图1不同还在于其在下部腔室28的开口32处包括类似于上部腔室30的轮廓化坝84的第二轮廓化坝86，下部腔室28的轮廓化坝86包括不同高度，从而调节从玻璃进料器44到开口32的熔融玻璃的流动。可需要这种轮廓化坝86来调节从进料器44到开口32的熔融玻璃的流动，从而确保通过开口32到达形成器12外部表面22上的熔融玻璃均匀流动。与轮廓化坝84的情况类似，轮廓化坝86的上部表面的形状通过所需的流动性质来决定，且当沿着升高的横截面观察时(即，如图5所示)可具有线性或非线性形状。

图6是本公开的一个实施方式的升高的横截面俯视图。图6所示的横截面视图通过上部腔室30。用于设备10的可接受的侧壁的总体构造显示为包括陶瓷板66,陶瓷板58,和不锈钢外壳69。还显示用于下部腔室的玻璃进料器44和用于上部腔室的玻璃进料器48。为了显示完整的地板38，没有显示图1所示的陶瓷砖54。

上部腔室30的地板38可包括碗状物88(没有在图1中显示),其可进一步用来调节从玻璃进料器48到固定环70和形成器12的熔融玻璃的流动。包括碗状物88的地板38可由陶瓷制成。或者,碗状物88可单独地由铂制成。如果碗状物88由铂制成,可加热碗状物88来进一步调节从玻璃进料器48到固定环70的熔融玻璃的流动。

图7-13的实施方式是图1-6的实施方式的简化版本。如本领域普通技术人员容易理解，结合图1-6描述的许多特征和细节也等同地适用于图7-13的实施方式。

图7是本公开的一个实施方式的升高的横截面视图。用于形成玻璃管的设备100以简化版本来显示，且包括环状形成器102和熔融玻璃容器104。熔融玻璃容器104具有下部腔室106和上部腔室108。下部腔室106具有地板110,侧壁112和玻璃进料器114。上部腔室108具有地板116,侧壁118,和玻璃进料器120。

图7显示将形成器102固定到位的方式的变体。上部腔室108的地板116包括凹槽122。凹槽构造成容纳包括底座126的固定环124。底座126啮合形成器102中的凹痕128。

图8是本公开的一个实施方式的升高的横截面侧视图。图8类似于图7的实施方式，但为下部腔室106的地板110提供坝130，且为上部腔室108的地板116提供坝132。下部腔室106中的坝130调节来自玻璃进料器114的熔融玻璃的流动，以实施进入玻璃流动间隙115的更均匀的玻璃流动，玻璃流动间隙115在下部腔室106的地板110和形成器102之间限定。类似地,坝132调节来自玻璃进料器120的熔融玻璃的流动，以实施在坝132上以及进入形成器102内部通道133的更均匀的玻璃流动。

图9是本公开的一个实施方式的升高的横截面侧视图。图9显示具有轮廓化坝134的下部腔室106的地板110。轮廓化坝提供对从玻璃进料器114到玻璃流动间隙115的熔融玻璃的流动的额外调节。轮廓化坝134邻近玻璃进料器115具有更大的高度，以负责邻近玻璃进料器114的更大体积的熔融玻璃。轮廓化坝134设计来提供从第二腔室106进入玻璃流动间隙115的更均匀的流动。邻近玻璃进料器114的增加的高度负责下部腔室106的进料侧面上存在的更大体积的熔融玻璃。

轮廓化坝136类似地调节从玻璃进料器120到形成器102内部通道133的上部腔室108中的玻璃流动。邻近玻璃进料器120的增加的高度负责上部腔室108的进料侧上存在的更大体积的熔融玻璃。

图10是本公开的一个实施方式的升高的横截面侧视图。图10显示用于形成器102的替代实施方式。形成器102包括宽楔部分138。宽楔部分138设计来增加形成器102的外部表面139。已知在玻璃表面已经接触工具或其它表面之后，流动的熔融玻璃需要时间来修复。如图10的设备所示,从下部腔室106流动的熔融玻璃将接触地板110和接触玻璃流动间隙115的外部边界137。通过用于形成玻璃管的设备100形成的玻璃管的外部表面潜在地接触下部腔室106的地板110以及玻璃流动间隙115的外侧边界137。为了形成具有纯净外部表面的玻璃管,必须为沿着形成器102外部表面139流动的熔融玻璃的外部表面提供足够的时间来修复。形成器102的宽化的楔部分用于提供流动的熔融玻璃外部表面的该修复时间。流动的熔融玻璃的外部表面修复所需的时间将取决于所用玻璃的类型，包括其粘度和表面张力。因此,不同的玻璃将需要不同修复时间，包括不同距离来沿着形成器102的外部表面139移动。

图11是本公开的一个实施方式的升高的横截面侧视图。图11显示具有长楔部分140的形成器102。长楔部分140增加外部表面142来为沿着外部表面142流动的熔融玻璃提供充分的修复时间。类似地，长楔部分增加内部表面144来为沿着内部表面144流动的熔融玻璃提供充分的修复时间。因为使用其长楔部分140来增加沿着形成器102外部表面142和内部表面144移动的长度增加两熔融玻璃流动修复的时间，因此得到具有纯净内部表面和外部表面的熔凝玻璃管。

图12是本公开的一个实施方式的升高的横截面侧视图。用于形成玻璃管的设备145类似于图7所示的设备，且包括下部腔室106和上部腔室108。下部腔室106和上部腔室108如上结合图7到图11所述。形成器102如上结合图7到图11所述。此外,用于形成玻璃管的设备145包括中间腔室146。中间腔室146具有地板147,侧壁148和玻璃进料器149。地板147包括开口141。开口141构造成容纳形成器102。熔融玻璃可从玻璃进料器149朝着开口141流动。已经描述的用于调节熔融玻璃的流动的任意装置可与中间腔室146一起使用。

来自中间腔室146的熔融玻璃将沿着形成器102的外部表面143向下流动。来自下部腔室106的熔融玻璃还可流动到外部表面143上，作为来自中间腔室的熔融玻璃层之上的层。来自上部腔室108的熔融玻璃可沿着形成器102的内部表面135向下流动。所得管具有3层，外侧层由来自下部腔室106的熔融玻璃形成,中间层由来自中间腔室146的熔融玻璃形成,且内部层由来自上部腔室108的熔融玻璃形成。

图13是本公开的一个实施方式的升高的横截面侧视图。用于形成玻璃管的设备150包括环状形成器152,底部熔融玻璃容器154,中间熔融玻璃容器156,和上部熔融玻璃容器158。形成器包括上部部分160,外部表面162,下部部分164,和具有内部表面168的内部通道166,以及延伸部分170。延伸部分包括碗状物172。延伸部分170设计成固定的，从而形成器152的位置是静态的。

底部熔融玻璃容器154包括在地板174中具有开口175的绝热地板174,以及绝热壁176。地板还可包括坝178。底部熔融玻璃容器154包括玻璃进料器180。可通过玻璃进料器180将熔融玻璃加入底部熔融玻璃容器154，从而熔融玻璃将流向开口175。坝178用来调节进入玻璃流动间隙182的熔融玻璃的流动，玻璃流动间隙182通过第二地板174和形成器152的外部表面162来限定。

中间熔融玻璃容器156包括含有坝186和开口188的绝热地板184,绝热壁190,和熔融玻璃进料器192。中间熔融玻璃容器156可包括颈部194，其从地板184底部在地板开口188处向下延伸。开口限定具有内部表面198的内部通道196。内部表面198可在其上部长度处包括截头圆锥(frustoconical)部分200。

熔融玻璃可通过玻璃进料器192加入中间熔融玻璃容器156。熔融玻璃可流动朝向坝186。熔融玻璃可流过坝186和流入开口188，从而其沿着内部通道196的内部表面198流动。熔融玻璃将沿着颈部194的内部表面198向下流动，直到其不接触颈部且流入环状形成器152的碗状物172。然后，来自中间熔融玻璃容器156的玻璃流动继续沿着环状形成器152的内部表面168向下流动。

上部熔融玻璃容器158包括含有坝204和开口206的绝热地板202,绝热壁208,和熔融玻璃进料器210。上部熔融玻璃容器158还可包括颈部212。上部熔融玻璃容器158的开口206限定具有内部表面216的内部通道214。熔融玻璃可通过玻璃进料器210加入上部熔融玻璃容器158，且玻璃流动朝向坝204,在坝204上流动,流入开口206和沿着内部表面216向下流动。当熔融玻璃流不接触内部表面216时,其可流入中间熔融玻璃容器的开口188。优选地，从上部熔融玻璃容器158流动的熔融玻璃将流动到从中间熔融玻璃容器156流动的熔融玻璃上。上部熔融玻璃容器158的颈部216应具有大于中间熔融玻璃容器156的颈部194内部直径的内部直径,如图13所示。在这种排布中，在中间熔融玻璃容器开口188的截头圆锥部分200处，从上部熔融玻璃容器158流动的熔融玻璃将流动到从中间熔融玻璃容器156流动的熔融玻璃上。对于本领域普通技术人员显然的是，可导致将从上部熔融玻璃容器158流动的熔融玻璃层叠到从中间熔融玻璃容器156流动的熔融玻璃上的用于中间熔融玻璃容器156的开口188和颈部194的任意构造都是可接受的。例如,整体内部通道196可通过倾斜的壁来限定，例如存在于截头圆锥部分200中。

底部熔融玻璃容器154可与环状形成器152独立地安装，从而其可相对于环状形成器152水平地调节。这样，从玻璃进料器180到玻璃流动间隙182的熔融玻璃的流动可进行调节来提供通过玻璃流动间隙182和到达环状形成器152外部表面164上的所需流。

类似地,中间熔融玻璃容器156可与环状形成器152和底部熔融玻璃容器154独立地安装，从而它也可相对于环状形成器152和底部熔融玻璃容器154进行水平地调节。上部熔融玻璃容器158也可独立地安装，从而它可相对于环状形成器152,底部熔融玻璃容器154,和中间熔融玻璃容器156中的每一个进行水平地调节。

图12和图13所示的设计可扩大超出3个层。通过包括额外的容器，所示的设备可用于形成具有4个或更多个层的玻璃结构。在另一种实施方式中，用于形成玻璃管的设备可包括多于两个将熔融玻璃供应到形成器的来源。实际上，例如通过概括图12中所示设计,本文所述的设备可用作将熔融玻璃供应到形成器外部的n个来源，且提供在形成器的外部上流动的n层熔融玻璃。类似地,可概括图13的设计来提供将熔融玻璃供应到形成器内部的m个来源，且提供在形成器内部上流动的m层熔融玻璃。在形成器27底部处的所得玻璃结构是由n+m层形成的多层产品。

用于形成玻璃管的设备150可以结合图7到图11如上所述的各种方式来变化，从而包括轮廓化的坝和不同形状的形成器。还如上所述，其它实施方式的许多特征等同地适用于用于形成玻璃管的设备150。

在上述实施方式中，已经描述了用于调节熔融玻璃的流动的多种装置。那些装置包括含有延伸部分的坝，熔融玻璃必须在坝之上流动,设计用于负责腔室的一侧上存在的更大体积熔融玻璃的轮廓化坝和延伸部分,轮廓化地板,例如具有容器或腔室的碗状物,腔室或地板的温度调节以在腔室或地板中形成温度梯度,以及倾斜地或水平地调节地板。用于调节熔融玻璃流动的这些装置中的每一种可单独地或一起使用来将熔融玻璃的流动调节到所需的效果。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不背离权利要求书的精神或范围的情况下作出各种修改和变动。所附权利要求参考具体结构，且参考结构可具有顺序前缀。顺序前缀的存在不应理解成要求结构具有全部之前的顺序前缀。例如，如果权利要求参考第三坝，不应理解成权利要求也要求第二坝。在权利要求之内使用这些参考来避免独立地从属权利要求之间的混淆。