專利名稱：玻璃帶彎曲度的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及由下拉法生產(chǎn)的玻璃帶，例如溢流下拉熔制法。更具體的，本公開涉及 控制這種帶的平面外彎曲度的方法和裝置。這種控制可以包括穩(wěn)定已有的彎曲度或者產(chǎn)生 新的彎曲度。
背景技術(shù)：
眾所周知,溢流下拉熔制法(overflow fusion down draw process)是一種主要的 玻璃制造法，這種玻璃用于在顯示設(shè)備的制造中制作基底。同樣眾所周知，顯示設(shè)備被用于 各種應(yīng)用。例如，薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-IXD)尤其用于筆記本電腦，平板臺式監(jiān)視 器，IXD電視，以及各種通訊設(shè)備。許多顯示設(shè)備，例如TFT-LCD面板以及有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)面板，是直接在平 坦的玻璃片(玻璃基底)上制造的。為了增加生產(chǎn)率以及降低成本，典型的面板制作法在 單一基底上同時制作多個面板。為了利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)，顯示器制造商需要盡量大的基底以致在單獨(dú)的基底上能夠制 造更多的顯示器和/或更大的顯示器。在玻璃制造工業(yè)中更大基底的制造已被證實(shí)是有挑 戰(zhàn)性的，特別是考慮到基底厚度的因素，基底厚度典型為少于1毫米，例如過去為0.7毫米， 現(xiàn)在在某些情況低至0. 3毫米。特別地，挑戰(zhàn)已變成在拉絲塔中控制玻璃帶狀態(tài)的問題。可以想象的，隨著帶變得 更寬以及更薄，由于當(dāng)向下移動兩層或更多層的距離時被冷卻，玻璃帶容易受復(fù)雜的動作 和形狀的影響。由于顯示設(shè)備中使用的基底的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，帶的質(zhì)量部(quality portion) 必須維持純凈，從而限制潛在區(qū)域通過帶的外部邊緣(壓條部)和帶接觸。出于這些考慮的結(jié)果，控制帶的形狀的問題已經(jīng)成為重要的工程挑戰(zhàn)。這個問題 可以系統(tǒng)地闡述為控制移動材料的形狀而不接觸材料中央(i)這種材料具有機(jī)械特性， 正如薄紙的特性，(ii)這種材料在寬度方向2米或更多米連續(xù)地被制造，以及(iii)這種 材料容易受到復(fù)雜的溫度和壓力分配的影響，復(fù)雜的溫度和壓力分配動態(tài)地影響材料的機(jī) 械特性。本公開陳述這個問題并且提供在不接觸帶的質(zhì)量部的情況下形成和/或穩(wěn)定在垂 直玻璃帶中平面外的彎曲度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開的內(nèi)容，控制由下拉法生產(chǎn)的垂直玻璃帶(13)的彎曲度的方法包括(a)將帶(13)穿過充滿氣體的垂直殼體(23)，其中(i)所述殼體(23)包括定義內(nèi)部體積(29)范圍的壁(17)，
(ii)所述內(nèi)部體積(29)的底部(31)是敞開的，從而使底部的壓力等于周圍的大 氣壓，以及(iii)所述帶(13)充當(dāng)隔膜，將所述殼體的內(nèi)部體積(29)劃分成第一子體積 (25)和第二子體積(27)；(b)在沿著所述殼體(23)長度方向的整個垂直區(qū)域，通過使(i)所述帶(13)的 所述第一子體積(25)側(cè)的氣體平均密度和(ii)所述帶(13)的所述第二子體積(27)側(cè)的 氣體平均密度不同，所述帶(13)的所述第一子體積(25)側(cè)的平均密度小于所述帶(13)的 所述第二子體積(27)側(cè)的平均密度，從而沿著殼體長度的至少一部分在所述第一子體積 (25)和所述第二子體積(27)之間產(chǎn)生正的壓力差；以及(c)約束(21)帶(13)的邊緣從而在整個至少所述垂直區(qū)域內(nèi)阻止邊緣的移動進(jìn) 入第二子體積(27)。上述公開的內(nèi)容中使用的參考數(shù)字僅為了讀者的方便，不是用來并且不應(yīng)該用來 解釋為對本發(fā)明范圍的限制。一般來說，可以理解，前述簡要的說明和下述具體的說明兩者 僅僅是本發(fā)明的示范，是用來提供理解本發(fā)明本質(zhì)以及特征的概述或框架。本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將在接下來的具體說明中陳述，并且部分地是本領(lǐng)域技 術(shù)人員從所述說明中顯而易見的或者通過如本發(fā)明所述實(shí)施本發(fā)明而意識到。附圖被包括 來為本發(fā)明提供進(jìn)一步的理解，并且并入構(gòu)成說明書的一部分?？梢岳斫?，在本說明書和附 圖中揭露的本發(fā)明的各種特征能夠以任何組合使用。附圖的簡要說明

圖1為根據(jù)一個實(shí)施例的熔制玻璃制作裝置的示意性的截面圖。圖2示出了在帶的一側(cè)壓力導(dǎo)致的彎曲度的分析中使用的分析幾何圖以及變量 的定義。圖3為在煙囪效應(yīng)的分析中使用的幾何圖的示意性截面圖。圖4為由帶的階溫度差(虛曲線)產(chǎn)生的密度差區(qū)域的計算壓力曲線(實(shí)曲線) 圖。階溫度差位于殼體(拉絲塔)的底部。圖5為重復(fù)圖4中的計算壓力曲線(實(shí)曲線)以及還示出由階溫度差產(chǎn)生的氣體 密度差的圖。圖6為由帶的上升然后下降階溫度差(虛曲線)產(chǎn)生的兩個密度差區(qū)域的計算壓 力曲線(實(shí)曲線)圖。第一階溫度差位于殼體(拉絲塔)的底部，以及第二階溫度差直接 位于第一階溫度差之上。圖7為重復(fù)圖6中的計算壓力曲線(實(shí)曲線)以及還示出由階溫度差產(chǎn)生的氣體 密度差的圖；圖8為由帶的溫度差(虛曲線)產(chǎn)生的密度差區(qū)域的計算壓力曲線(實(shí)曲線)圖， 帶的溫度差由帶的兩側(cè)不同的氣體流動產(chǎn)生。圖9為重復(fù)圖8中的計算壓力曲線(實(shí)曲線)以及還示出由不同的氣體流動產(chǎn)生 的氣體密度差的圖。優(yōu)選實(shí)施方式的具體說明下面的論述就溢流熔制下拉法(也稱為熔制法，溢流下拉法，或溢流法)而言， 可以理解，本文所公開的方法和裝置也可以應(yīng)用于其他下拉玻璃制造法，例如流孔下引法(slot draw process) 0由于熔制裝置在本領(lǐng)域是公知的，省略細(xì)節(jié)以便不使實(shí)施例的說明 不清楚。如圖1所示，典型的熔制裝置采用成形結(jié)構(gòu)(溢流槽(is0pipe))3，該成形結(jié)構(gòu)包 括由壩7限定的槽5，該槽5從傳輸管(未圖示)接收熔融的玻璃9。熔融的玻璃流動越 過壩7并且沿著溢流槽的外表面向下直到到達(dá)管的根部11。那時，來自溢流槽的兩會聚側(cè) (converging side)的兩片熔融的玻璃結(jié)合形成單一的帶13。在根部的下游，一套或更多 套牽引輥(未圖示)接觸帶的外部邊緣部并且給帶提供牽力以牽引帶，使帶以可控制的速 度遠(yuǎn)離根部。為了保護(hù)熔融的玻璃不受污染以及控制它的溫度，溢流槽3和玻璃帶容納在殼體 23中。殼體的內(nèi)表面包括當(dāng)帶穿過殼體(下拉)的時候控制帶的溫度(冷卻速度)的多組 線圈。圖1和圖3中所示的截面是沿著殼體的深度(前后)切割的平面，殼體的寬度(側(cè) 向)與帶的表面平行并且通常實(shí)際上比深度大。作為全部方法的一部分，單獨(dú)的玻璃片必須和移動的玻璃帶分離。這典型的包括 對帶劃線，然后通過沿著劃線將層相對于帶的表面彎曲使帶的在劃線以下(單獨(dú)的玻璃 片)的部分與帶的剩下的部分分離，從而使玻璃片在劃線處脫離帶。劃線和彎曲通常通過 以下步驟來完成移動的鐵砧與帶的一側(cè)接觸、對另一側(cè)劃線，然后通過在劃線處鐵砧周圍 彎曲玻璃片使單獨(dú)玻璃片與帶分離。層分離裝置的一種典型定位如圖1中示出的參考數(shù)字 19。如圖所示，分離在殼體23下面發(fā)生。對劃線和分離工藝的穩(wěn)定性來說，理想的，玻璃帶以這樣的方式彎曲帶的邊緣， 而不是它的中心，沿著帶將要彎曲的方向接觸鐵砧。玻璃的劃線從一個邊緣開始，向另一個 邊緣繼續(xù)。理想的，在這個工藝中邊緣在鐵砧之上以使帶不被劃線頭壓平而扭曲。在分離期 間裂縫優(yōu)選在一個或兩個邊緣開始并且朝著中心繼續(xù)。如果邊緣在彎曲開始時接觸鐵砧， 則受最多力的區(qū)域也在邊緣，導(dǎo)致裂縫在那開始。在熔制成形工藝中，帶能夠經(jīng)常具有幾個穩(wěn)定的不同形狀的構(gòu)造。工藝中條件的 變化可以導(dǎo)致帶在這些穩(wěn)定構(gòu)造之間切換。特別是對具有低等效剛度的寬的和/或薄的帶 來說更是如此，從而允許在各種穩(wěn)定構(gòu)造之間簡單的轉(zhuǎn)換。在其他位置中，帶的形狀在分離 點(diǎn)可以動態(tài)變化。這些形狀上的變化可以很大以致帶上的曲率能夠改變符號。正如上面所 述，這些形狀上的變化中的任何和所有變化消極地影響分離工藝。這些形狀上的變化同樣 影響產(chǎn)品特性，有時致使玻璃片對于顧客來說是不可接受的。因此，理想的，在工藝中隨著 時間的推移帶的形狀維持穩(wěn)定，僅有小的變化。在熔制成形工藝中，在分離點(diǎn)通過控制帶的溫度控制帶的形狀。然而，溫度必須被 控制為在分離點(diǎn)之上，因為分離裝置阻礙給帶加熱和冷卻的通道。因此處理帶的溫度的用 途有點(diǎn)被限制了。帶的形狀的進(jìn)一步控制通過各種物理裝置，譬如輥，空氣軸承，以及其他 類似裝置被提供。雖然有效，經(jīng)常物理接觸玻璃帶的裝置減少工藝中的操作窗口，導(dǎo)致它對 小的工藝變化更靈敏。特別的，在邊緣上夾住帶是有問題的。與這些先前的方法相比，本公開使用“煙囪效應(yīng)”(見下面)來產(chǎn)生帶的壓力差，該 壓力差起到控制帶的彎曲度，或者更通常的說，控制它的形狀的作用。應(yīng)該注意的是，本公 開能夠在上述先前使用或者論述的類型的形狀控制技術(shù)一起使用，雖然使用本文揭露的技 術(shù)而不采取其他技術(shù)在某些應(yīng)用中可能是理想的。
大體上來說，在其垂直邊緣被支撐以及在頂部和底部不受限制的寬玻璃帶被一側(cè) 擔(dān)負(fù)的均一的壓力彎曲，它的邊緣在另一側(cè)被支撐(限制)。基本的幾何圖如圖2中所示， 其中13是玻璃帶，“w”，“t”，“R”分別為帶的寬度，厚度和曲率半徑，以及“b”是關(guān)于穿過邊 緣約束21的平面的位移，也就是，“b”是帶的平面外的最大位移。假設(shè)帶以其他方式卸荷，帶中心由于穿過它的厚度的壓力差ΔΡ"導(dǎo)致的偏轉(zhuǎn)如 下
ZlEti其中E是玻璃的楊氏模量，ν是它的泊松比，以及壓力差ΔΡ"為從玻璃的凹側(cè) (高壓力側(cè)；側(cè)1)到它的凸側(cè)(較低壓力側(cè)；側(cè)2)。在這個方程式中假設(shè)帶在頂部和底部 不受限制。以上的方程式可以容易地重新整理給出得到特定的偏轉(zhuǎn)所需的壓力負(fù)荷。AP{_2 =2、式⑵
5 w (1-V )重要的，如同下述典型的計算所示，產(chǎn)生或穩(wěn)定具有較大量級的彎曲度(例如，中 心處為2厘米)所需要的壓力并不大。例如，考慮具有下述典型特性的帶寬度w 2500mm厚度t 0. 7mm楊氏模量E 71016Mpa泊松比ν 0. 23期望彎曲度 b 20mm以這些值，從式⑵得出，ΔΡ"為0.084Pa。如下面論述的，根據(jù)本公開，通過在 帶的每一側(cè)產(chǎn)生具有氣體密度差異得到所述值和更大值的壓力差。同樣如下面描述的，密 度差通過稱為“煙囪效應(yīng)”的現(xiàn)象產(chǎn)生壓力差。在下面的分析中，帶13假設(shè)充當(dāng)隔膜，將殼體的內(nèi)部體積29劃分成兩個子體積25 和27(見圖1和圖3)。子體積典型的將具有類似的體積，但是如果需要能夠具有實(shí)際上不 同的體積。實(shí)際上，帶并不延伸穿過殼體的內(nèi)部體積的整個寬度。另外，如圖1中所示，帶 并不必須延伸遍及殼體的整個長度。因此，氣體能夠在帶的側(cè)邊緣和/或遍及帶的頂部流 動。從這個意義上講，帶并不是完整的隔膜，也就是，帶可以被想象成部分隔膜，但是它確實(shí) 在兩個子體積之間提供了足夠的流動隔絕，從而可以維持壓力差。(本文和權(quán)利要求中使用 的，詞“隔膜”指的是這樣的部分隔膜，與完整隔膜相對)按照一般規(guī)律來說，帶應(yīng)該延伸穿 過殼體的內(nèi)部體積的整個寬度的至少大約80%。沿著同樣的線，殼體23的壁17通常不是阻止周圍的大氣和殼體的內(nèi)部體積29之 間的所有流動的完整的壁。更合適的，像帶一樣，壁只需要在子體積25和27中的每一個和 周圍大氣之間提供足夠的隔絕從而使在子體積內(nèi)維持需要的壓力水平。實(shí)際上，兩個子體積填充的氣體典型為一樣的并且是空氣。然而，如果特殊應(yīng)用需 要，可以使用除了空氣以外的氣體(例如，氦氣)并且?guī)?隔膜)兩側(cè)的氣體可以不同，那 樣本身自然的能夠產(chǎn)生帶上的壓力差(見下面式(7)的論述)。如圖3所示，去掉它的細(xì)節(jié)，圖1中的殼體可以被當(dāng)做簡單的盒子來看，頂部是封 閉的，底部是敞開的，它被玻璃帶分成兩側(cè)，每一側(cè)都填充氣體。下面，我們將提到具有ζ
6< 0的帶的第一側(cè)作為側(cè)1以及具有ζ > 0的帶的第二側(cè)作為側(cè)2。注意到當(dāng)在單獨(dú)玻璃 層與帶的分離中使用時，側(cè)1通常位于分離裝置的鐵砧側(cè)以及具有較低密度/較高壓力。如果帶的各側(cè)的氣體的密度不一樣，根據(jù)HVAC工程師提到的“煙囪效應(yīng)”壓力差 將產(chǎn)生。煙囪效應(yīng)的論述可以在例如ASHRAE基礎(chǔ)手冊中找到。同樣的見McGraw-Hill出 版社2001年出版的汪善國的《空調(diào)與制冷手冊》(第二版)。根據(jù)煙囪效應(yīng)，殼體的兩側(cè)之間的壓力差可以寫成Ρ,(γ)-P2(y) = g\[p2{y})-(3)
ο其中y，g，P1;P2，P1* P2對應(yīng)于下述y 垂直高度坐標(biāo)，朝重力的相反方向增加并且零點(diǎn)在殼體的底部g 重力，標(biāo)稱 9. 8 lm/s2P1 殼體側(cè)1的壓力P2 殼體側(cè)2的壓力P1 殼體側(cè)1的氣體密度ρ 2 殼體側(cè)2的氣體密度以及其中殼體底部(y = 0)的壓力滿足下面條件P1(0) = P2(0)式(4)這個條件適用，因為殼體的底部是和大氣連通的。從式(3)中可以看出，如果側(cè)1的密度小于側(cè)2的，那么側(cè)1的壓力更高。既然式 (3)中壓力差由密度差的積分產(chǎn)生，沒有必要在殼體的整個高度上維持密度差，只需要在整 個高度的一個子集上維持密度差。我們將在側(cè)1和側(cè)2之間具有密度差的殼體的部分或多 個部分作為密度差區(qū)域或DDZ。為了便于表達(dá)，在下面的論述中，除了另有說明，假設(shè)殼體只 具有單一的密度差區(qū)域，可以理解，實(shí)際上殼體能夠在殼體的長度方向上包含多個間隔的 密度差區(qū)域。確實(shí)，在某些情況中，殼體的整個長度能夠作為一個密度差區(qū)域。在密度差區(qū)域上，我們可以將平均密度差定義為
「 η )[p2(y')-My)]dy' ^— I 式(5) Α,ρ = --
-Λ這里密度差區(qū)域從高度yb開始到y(tǒng)t結(jié)束。如上所述，高度yb和yt可以是殼體的 底部和頂部。使用上面的式(1)和(3)，將密度差區(qū)域的平均密度差和彎曲度的結(jié)果值“b”相關(guān) 聯(lián)可以得到下面的關(guān)系
—— yibEt、P 5W4(I-V^gO1-凡)式在密度差區(qū)域以上的高度，帶的彎曲度大約為“b”除非殼體中有另一個密度差區(qū) 域或者有其他的帶負(fù)擔(dān)。在密度差區(qū)域以下，帶不具有有差異的壓力負(fù)擔(dān)因此其達(dá)不到需 要的彎曲度，雖然依賴于帶的特性，在密度差區(qū)域以下的很長的距離，帶將顯示穩(wěn)定的外 形。在某些實(shí)施例中，與產(chǎn)生新的彎曲度相對照，密度差區(qū)域可以被用來穩(wěn)定已經(jīng)存在的彎 曲度。在這種情況下，選擇彎曲度的方向來匹配已存彎曲度的方向。密度差區(qū)域的存在將減少帶的形狀從彎曲的情形轉(zhuǎn)換為其他的更不理想的情形的可能性。如上所述，形狀的穩(wěn)定性為與單獨(dú)玻璃片和帶的分離有關(guān)的特殊值。作為進(jìn)一步 的選擇，密度差區(qū)域與先存在的彎曲度相對，從而幫助帶切換到不同的，更理想的外形。本 文使用的詞組“控制玻璃帶的彎曲度”是用來包括這些和其他應(yīng)用密度差區(qū)域來影響玻璃 帶的形狀。用于產(chǎn)生彎曲帶所需要的壓力差的密度差可以由帶的每側(cè)氣體成分產(chǎn)生。從而通 過在帶的兩側(cè)中使用不同成分的氣體，即使兩側(cè)中的溫度分布相同也能產(chǎn)生不同的密度。 更普遍的，溫度差被用來產(chǎn)生密度差從而產(chǎn)生壓力差。在接近大氣壓的固定氣體或準(zhǔn)固定氣體中，密度通過理想氣體定律近似與壓力和 溫度相關(guān)
Γ PM ι ,、式⑵ Kl其中氣體密度 P壓力
分子量 氣體常數(shù) 氣體溫度
P 近似的，101325Pa = 1個大氣壓



對于空氣，28. 8kg/kmol 8314J/kmol/K
如果壓力變化很小，如同在拉絲塔中的情況下，密度可以被看作只是溫度和成分 成分通過氣體的平均分子量，即式(7)中的M來影響密度。如下，我們假設(shè)在玻璃 帶的兩側(cè)成分是相同的，所以密度僅是溫度的函數(shù)。從而，使用式(7)，帶上的壓力差可以被 寫成P1 (y) - P2 (y) = 1 —---— L 式⑶其中平均壓力云側(cè)1中的氣體溫度 T1側(cè)2中的氣體溫度 T2從式(8)中可以看出，從側(cè)1到側(cè)2的壓力差可以通過側(cè)之間的溫度差來產(chǎn)生。溫 度差可以通過很多裝置產(chǎn)生，其中最簡單的是在帶的一側(cè)以比另一側(cè)更高的能量輸入來電 加熱。這樣具有在所述帶的具有更高能量的一側(cè)加熱氣體的效果。較高溫度的氣體具有較 低密度，從而根據(jù)煙 效應(yīng)，它的壓力比較低溫度氣體的壓力高。因此帶將從較高溫度側(cè)向 較低溫度側(cè)彎曲，即假設(shè)它在它的邊緣(見圖2中的21)被限制，它將向較高溫度側(cè)凹入且 向較低溫度側(cè)凸出。這種溫度差的效應(yīng)的一個例子在圖4和5中說明。在這些圖以及在圖6-7和8-9 中，水平軸以米表示從殼體的底部起的高度，右邊的垂直軸以帕斯卡表示壓力差(P1-P2)，以 及在圖4，6和8中左邊垂直軸以攝氏度表示溫度差(T1-T2)，在圖5，7和9中左邊垂直軸以 kg/m3表示密度差。每幅圖中的實(shí)曲線示出了壓力差，同時在圖4，6和8中虛曲線示出溫度 差，在圖5，7和9中虛曲線示出密度差。在這些圖中的水平箭頭指出哪個垂直軸適用于實(shí)和虛曲線。在圖4-9中，用于計算的氣體是分子量為28. 8kg/kmol以及具有在標(biāo)準(zhǔn)參考中 容易得到其他物理特性的空氣。在圖4-5中研究的情形，在帶的側(cè)1運(yùn)用較高的能量從而在那兒產(chǎn)生較高的溫度 (例如，在圖3中Tlw(y) > T2w(y)因而T“y) > T2(y)，其中Tlw(y)和T2w(y)是壁溫，以及 T1(Y) 是氣體溫度)。側(cè)1中較高的溫度僅在殼體的最底下部分?？蛇x的，可以在 側(cè)2運(yùn)用較低能量或在側(cè)2導(dǎo)入相對涼的氣體從而在這側(cè)達(dá)到相對較高的平均密度。由于 壓力為密度積分的函數(shù)，壓力差一旦形成會向上延伸通過殼體的其余部分，即使溫度差僅 位于殼體的最底部。這種效應(yīng)在圖4和圖5中通過壓力曲線的平坦部分說明。如果希望僅在殼體的一部分存在壓力差，則在原始的密度差區(qū)域以上的密度差將 被反轉(zhuǎn)來產(chǎn)生另一個，垂直方向較高的，撤消在較低區(qū)域中壓力差的密度差區(qū)域。這種方案 于圖6和7中圖示。在這些圖中可以看出，溫度在大約0.5米處(較低的密度差區(qū)域)提 高，然后在大約1米處(較高的密度差區(qū)域)降低，提高和降低的值大約相等。在較低的密 度差區(qū)域側(cè)1的氣體密度相對于側(cè)2降低，導(dǎo)致根據(jù)煙囪效應(yīng)相對的壓力提高。在較高的 密度差區(qū)域側(cè)1的密度相對于側(cè)2提高，導(dǎo)致同樣根據(jù)煙囪效應(yīng)相對的壓力降低。因此，在 殼體的有限長度方向可以得到側(cè)1和側(cè)2之間的正的壓力差。在殼體的兩側(cè)之間得到溫度差的又一種方式是讓在一側(cè)或另一側(cè)出現(xiàn)氣體流動， 或更普遍的，在兩側(cè)供給不同的氣體流速。例如，如果洞(孔)位于帶的一側(cè)而不是另一側(cè) 的殼體側(cè)或殼體頂部，根據(jù)煙 效應(yīng)所述一側(cè)而不是另一側(cè)的氣體在底部流動并且向上并 流出洞。再次注意到帶并不是完整的隔膜，因此沒有洞氣體也能在所述側(cè)流動，但是比有洞 時在所述側(cè)的流動要少。作為另一種選擇，帶的兩側(cè)的氣體流動可以通過使用風(fēng)扇，泵，和 /或其他裝置(例如，流動控制器)有效地調(diào)整以達(dá)到所需的不同的流速。通過任何可以達(dá)到不同流速的裝置，在具有相對高流速的側(cè)，氣體具有較低溫度 因為玻璃和殼體結(jié)構(gòu)需要能量，例如，從殼體的加熱線圈來提高氣體的溫度。在不流動(或 較少流動)側(cè)沒有(或較少)能量被需求因而氣體的溫度較高。在流動側(cè)(假設(shè)為側(cè)2) 近似的空氣溫度模型如下^T2{y)-^-[T2{y)-Tw{y)] = 0^ (9) aywIl-P其中傳熱系數(shù)h玻璃和殼體壁的溫度Tw側(cè)2中氣體流速 W2氣體的比熱容Cp求解這個方程式中的T2(y)將得到流動側(cè)的溫度為y的函數(shù)，當(dāng)代入式⑶中時 得到兩側(cè)之間的壓力差。如果側(cè)1同樣有流動，可以寫出這一側(cè)與(9)類似的方程式并在 式(8)中使用。圖8和9中給出通過側(cè)2中的流動產(chǎn)生溫度和壓力差的一個例子。傳熱系數(shù)h和 流速W2使用的值分別為20W/m2/° K/和0. OOlkg/sec/m?？梢钥闯?，通過讓煙囪效應(yīng)來產(chǎn) 生側(cè)1和側(cè)2之間的實(shí)際壓力差(P1 > P2)，實(shí)際溫度差以及因此的實(shí)際密度差能夠得到。應(yīng)該注意的，雖然直接測量氣體的密度是困難的，但間接測量是簡單的，因而測定在拉絲塔中是否使用密度差區(qū)域。具體地，如果帶的兩側(cè)的氣體一樣，帶的兩側(cè)氣體溫度的 測量可以通過標(biāo)準(zhǔn)方法用于計算氣體密度。殼體每側(cè)的氣體密度對高度作圖清晰地示出一 個或更多個密度差區(qū)域的存在。不管氣體流動還是不流動情況都是如此。在兩側(cè)的氣體成 分不相同的情況下，測量許多高度的溫度和成分用于計算密度分布。具體地，通過標(biāo)準(zhǔn)方法 由溫度和成分?jǐn)?shù)據(jù)來計算密度并且密度對高度作圖再次示出一個或更多個密度差區(qū)域的 存在。將溫度測量轉(zhuǎn)換成密度測量(或?qū)囟群统煞譁y量轉(zhuǎn)換成密度測量)的標(biāo)準(zhǔn)方法 可以和參考常用參考文獻(xiàn)中的密度表(例如，空氣在不同溫度時的密度表)一樣簡單，或者 在對氣體研究不夠的情況中包括該表格的構(gòu)建。出于這個目的可以使用模型(例如，經(jīng)驗 模型)。例如，在某些情況下，理想氣體定律對于將溫度和/或成分測量轉(zhuǎn)換成密度值是有 用的。依賴于應(yīng)用，壓力信息可能也被并入密度測定。應(yīng)該注意的是，煙囪效應(yīng)與由它的厚度方向上的溫度梯度導(dǎo)致的玻璃帶上的不同 壓/拉力的效應(yīng)相反。重要的，煙囪效應(yīng)比壓/拉力效應(yīng)強(qiáng)許多倍。下面的分析說明了不 同。帶的厚度方向上的溫度差根據(jù)式(10)引起彎曲
8t OfUATr=~^式(10)
aw其中α是帶材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)，Δ Τ,是當(dāng)帶的熱的一側(cè)成為凸側(cè)時帶的溫度差。實(shí)際上，Δ ；為工藝條件的函數(shù)，如果帶的每側(cè)都為空氣并且兩側(cè)中空氣的溫度 不同，帶的溫度差通過式(11)給出
Γ Δ7(T-T2) = -^1-ATx 21 7 2Α;ν 1 2J . k 1-2
h+—— h+— t tAIV2 = T1-T2式(11)其中h是空氣和帶之間的傳熱系數(shù)，k是包括輻射效應(yīng)的帶的有效導(dǎo)熱系數(shù)。如 上所述，帶的兩側(cè)的溫度通過T1和T2給出以及帶的厚度為t。消除帶的表面之間的溫度差給出
丄 ΔΓ, 2k '“2 ~ ^w2 η + —
t么7^2=(1+ #)乂式(12)
ht aw在大多數(shù)生產(chǎn)情況中，k/ht >> 1，因此式(13) h aw在實(shí)際情況中，k= 3. 5ff/m/° K, h = 20ff/m2/° K, w = 2500mm, α = 3. 5ppm/K, 因此要得到2厘米的彎曲度(b = 20mm)需要的溫度差為
10
么7；_2=與^= 2560足式(14) h aw這顯然在溫度差的有效范圍之外。為了比較，圖4，6和8中的溫度差大約小100倍。從上述可以看出，已經(jīng)提供了在下拉玻璃成形工藝中(例如，熔融成形工藝)控制 帶形狀的方法。通過改變帶的每側(cè)的氣體(例如，空氣)壓力使用煙 效應(yīng)來完成控制。不 通過流動而通過改變溫度或組成(溫度或組成改變氣體密度)來控制壓力因而氣體的重力 壓頭在帶的兩側(cè)縱向排列。在氣體溫度和氣體成分之間，優(yōu)先通過溫度來控制壓力，例如， 使用電加熱線圈或通過在帶的一側(cè)或另一側(cè)注入冷或熱空氣。實(shí)際上所需的溫度差是很容 易達(dá)到的。沿著帶的邊緣排列物理的約束(例如輥)，使得氣體壓力對著約束的方向向帶施 加壓力并且使帶橫向彎曲。通過使用這些方法，用對帶的最小的物理限制維持彎曲形狀，允許工藝變化的最 大誤差。進(jìn)一步的，實(shí)施該方法的所需裝置是簡單的，便宜的以及耐用的。帶在工藝變化上 的穩(wěn)定性比先前可用的更高。在不背離本發(fā)明范圍和精神的情況下，多種修改對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在前述 公開的基礎(chǔ)上是顯而易見的。例如，雖然以上的例子已經(jīng)假設(shè)子體積的橫截區(qū)域在拉絲塔 的長度方向維持不變，分析可以很容易地延伸到橫截面積隨著高度改變的系統(tǒng)。下述權(quán)利 要求意圖包括本文闡明的具體實(shí)施方式
，也包括修改，變化以及這個的等價物和其他類型。
權(quán)利要求
一種控制由下拉法生產(chǎn)的垂直玻璃帶的彎曲度的方法，包括(a)將帶穿過充滿氣體的垂直殼體，其中(i)所述殼體包括定義內(nèi)部體積范圍的壁，(ii)所述內(nèi)部體積的底部是敞開的，從而使底部的壓力等于周圍的大氣壓，以及(iii)所述帶充當(dāng)隔膜，將所述殼體的內(nèi)部體積劃分成第一子體積和第二子體積；(b)在沿著所述殼體長度方向的整個垂直區(qū)域，通過使(i)所述帶的所述第一子體積側(cè)的氣體平均密度和(ii)所述帶的所述第二子體積側(cè)的氣體平均密度不同，所述帶的所述第一子體積側(cè)的平均密度小于所述帶的所述第二子體積側(cè)的平均密度，從而沿著殼體長度的至少一部分在所述第一子體積和所述第二子體積之間產(chǎn)生正的壓力差；以及(c)約束帶的邊緣從而至少在整個所述垂直區(qū)域內(nèi)阻止邊緣的移動進(jìn)入所述第二子體積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述垂直區(qū)域中所述帶的所述第一子體 積側(cè)和所述第二子體積側(cè)的氣體的平均密度差是由于在所述垂直區(qū)域中所述帶的所述第 一子體積側(cè)和所述第二子體積側(cè)的氣體的成分差異導(dǎo)致的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述垂直區(qū)域中所述帶的所述第一子體 積側(cè)和所述第二子體積側(cè)的氣體的平均密度差是由于在所述垂直區(qū)域中所述帶的所述第 一子體積側(cè)和所述第二子體積側(cè)的氣體的平均溫度差導(dǎo)致的，所述帶的所述第一子體積側(cè) 的氣體平均溫度比所述帶的所述第二子體積側(cè)的氣體平均溫度更高。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述平均溫度差是由于所述帶的所述第一 子體積側(cè)的和所述帶的所述第二子體積側(cè)的沿著所述垂直區(qū)域中穿過殼體的至少一個橫 截面的內(nèi)部周長的所述殼體壁內(nèi)表面的平均溫度差導(dǎo)致的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述垂直區(qū)域中所述帶的所述第一子體 積側(cè)和所述第二子體積側(cè)的氣體的平均密度差是由于在所述垂直區(qū)域中所述帶的所述第 一和所述第二子體積側(cè)的氣體的平均流速差導(dǎo)致的，所述帶的所述第一子體積側(cè)的氣體的 平均流速低于所述帶的所述第二子體積側(cè)的氣體的平均流速。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述平均流速差是由于所述垂直區(qū)域的中 平面以上離開兩個子體積進(jìn)入周圍大氣的氣體的量不同導(dǎo)致的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，離開兩個子體積進(jìn)入周圍大氣的氣體的量 的不同是由于位于所述垂直區(qū)域的中平面以上的帶的第二子體積側(cè)的形成于殼體壁的至 少一個孔導(dǎo)致的。
全文摘要
提供一種控制由下拉法生產(chǎn)的垂直玻璃帶(13)的彎曲度(形狀)的方法。這種方法包括將帶(13)穿過充滿氣體的垂直殼體(23)，例如，拉絲塔，殼體的底部(31)與大氣連通。帶(13)充當(dāng)隔膜，將殼體的內(nèi)部體積(29)劃分成第一子體積(25)和第二子體積(27)。使用煙囪效應(yīng)，沿著殼體長度方向的至少一部分(DDZ)在第一子體積(25)和第二子體積(27)之間產(chǎn)生正的壓力差。帶(13)的邊緣被約束以致它們在至少密度差異區(qū)域不移進(jìn)第二子體積(27)。結(jié)果，帶彎曲使它的凹面面對第一子體積(25)以及它的凸面面對第二子體積(27)。
文檔編號C03B17/06GK101928100SQ20101025391
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者S·R·伯德特 申請人:康寧股份有限公司