用于溢流槽支撑和下垂缓解的方法和装置与流程

本申请要求2014年12月19日提交的美国专利申请号62/094345的优先权，其全部内容通过引用纳入本文。

公开领域

本公开一般涉及用于玻璃制造系统的成形体，更具体地涉及用于改进溢流槽支撑和下垂缓和的方法和装置。

背景

诸如液晶显示器(lcd)和等离子体显示器之类的高性能显示装置通常用于各种电子设备中，例如手机，笔记本电脑，电子平板电脑，电视机和计算机显示器。目前市售的显示装置可以使用一个或多个高精度玻璃板，举几个例子来说，例如作为电子电路部件的基板，或作为滤色器。用于制造这种高质量玻璃基板的领先技术是由康宁公司(corningincorporated)开发的熔融拉制工艺，并且描述在例如美国专利号3,338,696和3,682,609中，其全部内容通过引用并入本文。

融合拉制工艺可以利用包括成形体(例如，溢流槽)的熔融拉伸机(fdm)。成形体可以包括上部槽形部分和具有楔形横截面的下部部分，其具有向下倾斜以在根部处连接的两个主侧面(或成形表面)。在玻璃成型过程中，熔融玻璃可以被输送到溢流槽的一端(“输送端”)，并且可以在流过槽侧壁(或堰口)时下行溢流槽的长度而到相对端(“压缩端”)。熔融玻璃可以作为两个玻璃带沿着两个成形表面向下流动，其最终会聚到根部，在那里它们熔合在一起以形成一体的玻璃带。因此，玻璃带可以具有两个尚未暴露于成形体表面的原始外表面。然后可以将带下拉并冷却，以形成具有所需厚度和原始表面质量的玻璃片。

在熔融拉制工艺中使用的溢流槽通常是由重的耐火陶瓷材料形成的大型主体。溢流槽可以经过严格的操作条件例如高温进行长时间连续使用，例如长达几年或更长时间。在操作期间，耐火材料体可在中间变形(例如，下垂)，这可能最终改变fdm中的熔融玻璃流动特性。较高的温度操作可以加速溢流槽变形，例如由于耐火材料的蠕动引起的下垂。通过在溢流槽中轴之下，例如在下部楔形部分的端部，施加水平的压缩力可以部分地缓解溢流槽下垂。然而，这种压缩力本身在成形体中产生应力，这可能导致耐火材料的静态疲劳。因此，应力和松弛应平衡和最小化以延长成形体的寿命和/或维持玻璃质量。

消费者对尺寸和图像质量不断增长的高性能显示器的需求带需要改进生产大型、高品质、高精度玻璃片的制造工艺。用于生产大玻璃片的更大(例如较长和较重)的溢流槽可能由于下垂和/或随时间的应力而增加了失效的可能性。因此，提供减轻溢流槽下垂并提供改进的溢流槽支撑的方法和装置将是有利的。在各种实施例中，本文公开的方法和装置可以最小化或防止溢流槽下垂和/或应力，其可延长成形装置的使用寿命和/或在设备的寿命期内保持高玻璃质量。

概述

本发明涉及用于生产玻璃带的装置，包括：成形主体，其包含：包括槽底和两个槽壁的上部槽形部分；下部楔形部分；输送端，其包括具有第一安装表面的第一凹部；和压缩端，其包括具有第二安装表面的第二凹部；第一支撑件，其偶联至所述第一凹部并包括第一支撑表面；和第二支撑件，其偶联至所述第二凹部并包括第二支撑表面，其中所述第一或第二支撑表面的至少一部分是非平面的并且与相应的第一或第二安装表面的至少一部分连续接触。包含这样的成形体装置的融合拉制机也在本文中公开。本文进一步公开的是用于生产玻璃带的方法，所述方法包括熔化批料以形成熔融玻璃并将熔融玻璃引入如本文所述的装置中。

在各种实施例中，成形体可包括选自锆石、氧化锆、氧化铝、氧化镁、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷钇矿、独居石、其合金及其组合的耐火材料。根据一些实施方式，第一和第二支撑表面的非平面部分可以具有基本上恒定的曲率半径。在某些实施方式中，第一和第二支撑表面可以包括至少一个平面部分。根据其他实施方式，第一和第二支撑表面的非平面和平面部分可以分别与第一和第二安装表面连续接触。

在以下的详细描述中给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即容易理解，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方法而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的发明详述都显示了本发明的多种实施方式，并旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本公开的进一步的理解，附图结合于本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。

附图说明

结合以下附图阅读本发明，便可以最好地理解下文中的发明详述，图中相同的结构用相同的编号表示：

图1是用于制造玻璃带的示例性融合拉制工艺中使用的示例性成形体的示意图；

图2是图1的成形体的横截面图；

图3是由墩块支撑的示例性成形体的侧视示意图。

图4a是示例性墩块的透视示意图；

图4b是与图4a的墩块对应的墩座的透视图；

图5是各种示例性墩块和墩座的侧视图；

图6是根据本公开的实施方式的由墩块支撑的成形体的侧视图；

图7a是根据本公开的实施方式的墩块的透视图；

图7b是与图7a的墩块对应的墩座的透视图；

图8是根据本公开的实施方式的由墩块支撑的下垂成形体的侧视图；和

图9示出了示例性玻璃制造系统。

发明详述

装置

本发明公开用于生产玻璃带的装置，包括：成形主体，其包含：包括槽底和两个槽壁的上部槽形部分；下部楔形部分；输送端，其包括具有第一安装表面的第一凹部；和压缩端，其包括具有第二安装表面的第二凹部；第一支撑件，其偶联至所述第一凹部并包括第一支撑表面；和第二支撑件，其偶联至所述第二凹部并包括第二支撑表面，其中所述第一或第二支撑表面的至少一部分是非平面的并且与相应的第一或第二安装表面的至少一部分连续接触。包含这样的装置的融合拉制机也在本文中公开。

将参照图1-2讨论本公开的实施方式，图1-2描绘了生产玻璃带的示例性玻璃制造方法中适用的示例性成形体，例如溢流槽。参考图1，在玻璃制造过程中，例如融合拉制工艺，可以将熔融玻璃经由入口管101引入到包括槽103的成形体100中。一旦槽103被完全填充，熔融玻璃可以在槽的侧面溢出并且在两个相对的成形表面107向下，在根部109处熔合在一起以形成玻璃带111。然后可以使用例如辊组件(未示出)将玻璃带沿方向113拉下，并进一步加工以形成玻璃片。成形体组件还可以包括诸如端盖105和/或边缘变向器(未示出)的辅助部件。

图2是图1的成形体的横截面图，其中成形体100可以包括上部槽形部分102和下部楔形部分104。上部槽形部分102可以包括构造成接收熔融玻璃的通道或槽103。槽103可以由包括内表面121a、121b的两个槽壁(或堰口)125a，125b和槽底123限定。虽然槽被描绘为具有矩形横截面，其中内表面与槽底部形成大约90度的角度，但是还设想了其它槽横截面，以及内表面与槽底面之间的其它角度。堰口125a，125b还可以包括外表面127a，127b，其可以与楔形外表面129a，129b一起构成两个相对的成形表面107。熔融玻璃可以作为两个玻璃带流过堰口125a、125b并且沿成形表面107向下流动，在根部109处熔合在一起以形成一体的玻璃带111。在一些实施方式中，然后可以沿着方向113向下拉所述带，进一步加工以形成玻璃片。

成形体100可以包括适用于玻璃制造工艺的任何材料，例如耐火材料如锆石，氧化锆，氧化铝，氧化镁，碳化硅，氮化硅，氮氧化硅，磷钇矿，独居石，其合金及其组合。根据各种实施方式，成形体可以包括整体件，例如从单个源加工的一件。在其它实施方式中，成形体可以包括连接、熔合、连接或以其它方式偶联在一起的两个或多个部件，例如，槽形部分和楔形部分可以是包括相同或不同材料的两个分开的部件。成形体的尺寸，包括长度、槽深度和宽度以及楔形高度和宽度等，可以根据所需的应用而变化。选择适合于特定制造过程或系统的这些尺寸在本领域技术人员的能力范围内。

如图3所示，包括上部槽形部分102和下部楔形部分104的示例性成形体100可以装备有墩块(或支撑件)131，其可以与例如成形体100的下部楔形部分104接触。墩块131，任选地与支持块133一起使用，可以用于向成形体100施加压缩力fc，如箭头所示。压缩力可以在两端(如图所示)或仅在一端施加，具有支撑的相对端。墩座(例如，切口或凹槽)135可以存在于成形体100中，用于接收墩块131。墩座135可以例如具有基本上正方形或矩形的形状，并且在一些实施方式中，墩块131可具有相应的形状。如图3所示，墩块131可以被斜切或斜削，以在墩块和墩座之间产生不连续的接触，这在图4a-b和图5中更详细地示出。墩块和/或墩座也可以是曲线的，如下面将要详细描述的。墩块和支持块可以包括适合用于玻璃制造过程的任何材料，例如耐火材料，例如上文关于成形体所述的那些，例如锆石，氧化锆，氧化铝，氧化镁，硅碳化物，氮化硅，氮氧化硅，磷钇矿，独居石，其合金及其组合。在其他实施方式中，墩块和支持块可以包括与相应和相邻成形体中使用的材料不同的材料。

图4a示出了示例性墩块131和支持块133的稍微倾斜的侧视图。该视图相对于墩块的斜面表面提供了额外的透视图。所示的墩块131可以包括三个平面表面：水平支撑表面137，垂直支撑表面139和斜切或斜削表面141。水平支撑表面可以用于支撑溢流槽的重量，而垂直支撑表面可以用于施加压缩力以减缓下垂。

图4b示出了设置在成形体中的相应的墩座135的稍微倾斜的侧视图。墩座的两个安装表面(水平143和垂直145)可以是平面的，对应于墩块的水平和垂直表面137,139并且与其接触。因此，墩座可以是大致正方形或矩形的形状。在一些实施方式中，墩座可以包括第三表面(圆角)147，其在两个安装表面之间具有曲率半径，这可以提供应力消除。墩座(圆角)147中的该半径可对应于墩块131的斜面表面141，其不物理接触圆角。因此，墩块中的斜面或斜切面可用于在水平和垂直支撑表面137,139之间的墩座中的圆角的间隙(clearance)。

水平和垂直安装表面143,145之间的径向圆角147可以是高局部应力的区域。这种应力会引起耐火材料的静态疲劳，从而降低成形体的使用寿命。因此，目前的墩块设计可以采用斜面或斜切面，该斜面或斜切面可以与圆角半径成比例地设置，以防止在溢流槽的该应力区域中的墩座与墩块之间的接触。然而，在图3-4所示的配置中，当在融合拉制过程中溢流槽由于热负荷和/或蠕动而开始下垂时，接触表面(例如，137接触143处和139接触145处)可能变得不对准，导致支撑面积减小。与墩块接触的墩座可能随时间逐渐减小到小的表面贴片，这继而可能导致成形体上的局部高应力。

为了减少墩座区域的应力，替代的构造可以包括增加溢流槽的墩座圆角147的半径。然而，如图5所示，随着圆角147的半径增加，斜切面表面141的尺寸也应当增加，以防止在应力(圆角)区域中的墩块和墩座之间的接触。增加的斜切导致较小的水平和垂直支撑表面，其最终可以失去与圆角的曲率半径增加相关的任何益处(例如，墩座圆角147中的应力减小可能被减小的支撑面积所超过)。接触表面的这种减小也可能增加支撑区域上的局部应力(137接触143处和139接触145处)。

图6示出了根据本公开的各种实施方式的用于减小溢流槽上的应力而不牺牲支撑表面积的替代配置。在图6中，示例性成形体200(包括上部202和下部204)可以配备有墩块(或支撑件)231，其可以与例如成形件200的下部楔形部分204接触。墩块231，任选地与支持块233一起使用，可以用于向成形体200施加压缩力fc，如箭头所示。同样地，压缩力可以施加到两端或具有相对支撑端的仅一端(参见例如具有支撑端261的图8)。例如，压缩力可以通过校准的压缩弹簧、夹具或任何其它合适的装置或方法施加。墩座(例如，切口或凹槽)235可以存在于成形体200中，用于接收墩块231。墩块可以偶联至墩座，例如，至少部分地插入凹槽中。墩座235中的一个或两个可以例如具有基本圆形的形状或轮廓，并且在一些实施方式中，一个或两个相应的墩块231可以具有相应的形状或轮廓，例如在墩块和墩座之间提供无间隙的全面连续接触。例如，如图6所示，墩块231可以包括与墩座的非平面表面部分253连续接触的至少一个非平面表面部分251，其在图7a-b中更详细地示出。

根据各种实施方式，墩座235可以包括水平安装表面部分(未示出)，圆角或非平面表面部分253，和垂直安装表面部分255。在其他实施方式中，例如，如图6所示，墩座235可以不包括水平安装表面部分，或者可以不包括垂直安装表面部分。或者，墩座235可以不包括水平或垂直安装表面部分，并且可以仅包括非平面圆角表面部分253。墩块231还可以相应地包括水平和/或垂直支撑表面部分，如与墩块235相匹配所需。在各种非限制性实施方式中，通过采用具有曲率半径的墩块，例如具有一个或多个圆形表面的墩块，可以增加圆角部分253的曲率半径，而不会牺牲墩块231和墩座235之间的接触表面积。增加的曲率半径可以减小墩座235上的拉伸应力，而不会不利地降低承载支撑表面积，使得额外的压缩力fc能施加到溢流槽，而不增加静态疲劳失效的风险。

如本文所使用的，术语“连续接触”旨在表示墩块表面和墩座表面接触给定长度(例如，多于单个接触点)而没有间隙或非接触区域，例如，具有至少部分匹配轮廓的墩块和墩座。因此，在图4a-b中，表面137和143(均为平面)可以是连续接触的，并且表面139和145(均为平面)可以是连续接触的。然而，斜面表面141不与墩座径向表面147连续接触。因此，总墩块表面(137+139+141)不与墩座135连续接触。相对地，如图7a-b所示，表面251和253(均为非平面)可以是连续接触的，并且表面255和257(均为平面)可以是连续接触的。类似地，如果存在水平安装/支撑表面，它们也可以处于连续接触中。因此，根据各种实施方式，总墩块表面(251+257)可以与墩座235连续接触。当然，墩块和墩座的各个表面可能不会连续接触，和/或在墩块和墩座的一个或多个表面之间可能存在间隙。

在其他实施方式中，墩块可以包括与墩座的半径紧密匹配的恒定半径，具有沿着曲率半径在墩块和墩座之间的连续接触。墩座的曲率半径(以及墩块的相应曲率半径)可以根据具体应用的需要而变化，从而例如最小化应力集中，并且在一些实施方式中为约2cm至约30cm或更大，例如约2cm至约10cm，约2cm至约30cm，例如约5cm至约28cm，约8cm至约25cm，约10cm至约23厘米，约13厘米至约20厘米，或约15厘米至约18厘米，包括其间的所有范围和子范围。当然，尽管在图6-7中描绘了以各种角度设置和/或具有不同的曲率的墩块和墩座的各个表面，但是应当理解，这些描述并不限于所附权利要求，并且可以根据需要使用这些或其它特征的任何组合。

当溢流槽开始下垂，如图8所示，墩座与墩块之间的接触表面可以保持对准并且支撑面积可以保持相对恒定。墩座的较大曲率半径也可以减小墩座的最大应力。由于蠕动引起的下垂s造成的溢流槽200的任何旋转r可以通过圆形的墩块的表面得到缓解，使得支撑表面可以通过逐渐旋转保持完全接触。因此，溢流槽支撑区域上的应力可以保持相对较低，这可以增加耐火材料的静态疲劳寿命。此外，在一些实施方式中，圆形墩块设计可以允许在更低于溢流槽中轴的位置处施加压缩力fc，从而需要较小的力来补偿下垂。较低的压缩力也将减轻溢流槽的压力。此外，溢流槽重量的支撑和根部压缩(下垂缓解)力都可以通过相同的径向接触表面承载，这可导致溢流槽上的拉伸应力减小、较低的静态疲劳和/或更长的溢流槽寿命。

方法

本文公开了用于生产玻璃带的方法，所述方法包括熔化批料以形成熔融玻璃并将熔融玻璃引入到包括成形体的装置中，所述成形体包括上部槽形部分，其包括两个槽壁和槽底；下部楔形部分；包括具有第一安装表面的第一凹部的输送端；以及包括具有第二安装表面的第二凹部的压缩端；偶联到所述第一凹部并且包括第一支撑表面的第一支撑件，其中所述第一支撑表面的至少一部分是非平面的并且与所述第一安装表面的至少一部分连续接触；以及偶联到所述第二凹部并且包括第二支撑表面的第二支撑件，其中所述第二支撑表面的至少一部分是非平面的并且与所述第二安装表面的至少一部分连续接触。

将参考图9讨论本公开的实施方式，其描绘了用于生产玻璃带304的示例性玻璃制造系统300。玻璃制造系统300可以包括熔化容器310，熔化至澄清管315，澄清容器(例如，更细的管)320，澄清至搅拌室的连接管325(具有从其延伸的液位(level)探针支架管327)，搅拌室(例如混合容器)330，搅拌室到碗的连接管335，碗(例如，输送容器)340，降液管345和fdm350，其可以包括入口355，成形体(例如，溢流槽)360和拉辊组件365。

如箭头312所示，可将玻璃批料材料引入熔融容器310中以形成熔融玻璃314。澄清容器320通过熔化至澄清管315连接到熔化容器310。澄清容器320可以具有从熔融容器310接收熔融玻璃的高温加工区域，并且可以从熔融玻璃中去除气泡。澄清容器320通过澄清至搅拌室的连接管325连接到搅拌室330。搅拌室330通过搅拌室与碗的连接管335连接到碗340。碗340可以将熔融玻璃通过降液管345输送到fdm350中。

fdm350可以包括入口355，成形体360和拉辊组件365。入口355可以从降液管345接收熔融玻璃，其可以从中流入成形体装置360，在其中形成玻璃带304。如上进一步描述了成形体装置360的各种实施方式，例如参照图1-8。拉辊组件365可以输送拉制的玻璃带304以通过附加的可选装置进一步加工。例如，玻璃带可以由行进砧机(tam)进一步加工，其可以包括用于划线玻璃带的机械刻痕装置。然后将划线玻璃分离成玻璃片，使用本领域已知的各种方法和装置对其进行机械加工，抛光，化学强化，和/或以其它表面处理例如蚀刻。

术语“批料”及其变体在本文中用于表示玻璃前体组分的混合物，其在熔融时反应和/或组合以形成玻璃。可以通过用于组合玻璃前体材料的任何已知方法来制备和/或混合玻璃批料。例如，在某些非限制性实施方案中，玻璃批料材料可以包含玻璃前体颗粒的干燥或基本上干燥的混合物，例如没有任何溶剂或液体。在其它实施方式中，玻璃批料可以是浆液的形式，例如玻璃前体颗粒在液体或溶剂存在下的混合物。

根据各种实施方案，批料可以包括玻璃前体材料，例如二氧化硅，氧化铝和各种另外的氧化物，例如氧化硼，氧化镁，氧化钙，氧化钠，氧化锶，氧化锡或氧化钛。例如，玻璃批料可以是二氧化硅和/或氧化铝与一种或多种其他氧化物的混合物。在各种实施方案中，玻璃批料材料包含总计约45至约95重量％的氧化铝和/或二氧化硅，和总计约5至约55重量％的至少一种硼，镁，钙，钠，锶，锡和/或钛。

批料可以根据本领域已知的任何方法熔化，包括本文参考图9讨论的方法。例如，批料可以加入到熔融容器中并加热至约1100℃至约1700℃，例如约1200℃至约1650℃，约1250℃至约1600℃，约1300℃至约1550℃，约1350℃至约1500℃，或约1400℃至约1450℃，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，批料可以在熔融容器中具有几分钟至数小时的停留时间。这取决于各种变量，例如操作温度和批料尺寸。例如，停留时间可以为约30分钟至约8小时，约1小时至约6小时，约2小时至约5小时，或约3小时至约4小时，包括其间所有范围和子范围。

熔融玻璃可随后经历各种其他加工步骤，包括，例如，澄清以除去气泡，并搅拌以均化玻璃熔体。然后可以使用本文公开的成形体装置来处理熔融玻璃以产生玻璃带。例如，如上所述，熔融玻璃可以通过一个或多个入口在输送端引入成形体的槽形部分。玻璃可以以输送端到压缩端的方向流过两个槽壁，并沿着楔形部分的两个相对的外表面向下流动，会聚在根部以形成一体的玻璃带。

作为非限制性示例，成形体装置可以封闭于容器中，所述容器在其最热点(例如，靠近槽形部分的上部“马弗炉”区域)处的操作温度范围为：约1100℃至约1350℃，例如约1150℃至约1325℃，约1150℃至约1300℃，约1175℃至约1250℃，或约1200℃至约1225℃，包括其间的所有范围和子范围。在其最冷点(例如，靠近成形体根部的下部“过渡”区域)中，容器可在下述温度操作：约800℃至约1250℃，例如约850℃至约1225℃，约900℃至约1200℃，约950℃至约1150℃，或约1000℃至约1100℃，包括其间的所有范围和子范围。

应理解，多个公开的实施方式可涉及与特定实施方式一起描述的特定特性、原理或步骤。还应理解，虽然以涉及某一特定实施方式的形式描述，但特定特征、原理或步骤可以多种未说明的组合或排列方式与替代性实施方式互换或组合。

还应理解的是，本文所用术语“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应局限为“仅一个(一种)”，除非明确有相反的说明。因此，例如，提到的“组件”包括具有两种或更多种这类组件的示例，除非文本中有另外的明确表示。

本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这种范围时，例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一种实施方式。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。

本文所用的术语“基本”，“基本上”及其变体旨在表示所述的特征等于或近似等于值或描述。此外，“基本上相似”旨在表示两个值相等或近似相等。在一些实施方案中，“基本相似”可以表示彼此的约10％之内的值，例如彼此的约5％，或彼此的约2％之内的值。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。

虽然会用过渡语“包含”来公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由……构成”或“基本上由……构成”描述在内的替代实施方式。因此，例如，包括a+b+c的装置的暗示替代实施方式包括其中装置由a+b+c组成的实施方式以及其中基本上由a+b+c组成的实施方式。

对本领域的技术人员而言显而易见的是，可以在不偏离本发明的范围和精神的前提下对本发明进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。