TWI406830B - 流通停滯性熔融材料 - Google Patents

Description

流通停滯性熔融材料

本發明一般係關於形成材料片之方法及設備。特別是，本發明係關於傳送熔融材料至片狀物形成設備之方法以及設備。

在玻璃製造技術中，在玻璃最終形成預定物件而冷卻到較低溫度之前，熔融玻璃通常會從一個容器(例如管子)運送到另一個。熔融玻璃的大量傳輸可能會引起玻璃中溫度和組成份分佈的改變，這可能是高度不受歡迎的。其中一個組成份的改變是雜質的陷獲，例如玻璃中的氣泡和固體雜質，這會降低最終玻璃產物的產量。為了製造高品質的玻璃物件，特別是光學玻璃元件，例如LCD顯示器的玻璃基板，玻璃主體的雜質水平最好盡可能的低。

熔融處理用來從熔融材料製造材料片。熔融處理的大概描述在Dockerty的美國第3,338,696和3,682,609號專利中。大致來說，熔融處理牽涉到將熔融材料運送到溝槽中以控制的方式讓熔融材料溢流下溝槽的兩側。流下溝槽兩側的分流，在溝槽的根部合併成單一材料流，被抽拉成材料片。此方法的主要優點是，材料片的表面不會接觸槽或其他成形 裝置的側邊，因此是純淨的。此方法的另一個好處是，材料片非常平坦，而且有均勻的厚度。

融合處理是製造顯示器應用中之薄片玻璃的較好方法。然而，顯示器應用中的玻璃薄片除了要具有純淨表面，非常平坦，而且厚度均勻之外，還必須符合嚴格的條件。像玻璃薄片中氣體和/或固體雜質的瑕疵通常是不理想的。

因而，依據本發明第一項，提供一種方法用來將熔融材料從含有出口端的傳送管傳送到含有入口端的接收容器。此方法包括：(A)將傳送管和接收容器以一種方式排列，使傳送管出口端和接收容器入口端之間存在間隙，且讓熔融材料可以離開傳送管的出口端，進入接收容器的入口端，而不會溢出接收容器的入口端；(B)將熔融材料傳送到傳送管，讓熔融材料從傳送管流到接收容器中；且(C)加熱存在間隙中的熔融材料以協助它的流動。

在本發明第一項特定實施例中，熔融材料包含熔融玻璃。

在本發明第一項特定實施例中，傳送管是降流管，而接收容器是融合抽拉法中等靜壓管的入口管。

在本發明第一項特定實施例中，降流管和等靜壓管的入口管都是圓形，且基本上是同心的。

在本發明第一項特定實施例中，在步驟(A)中傳送管的出口端淹沒在熔融材料中。

在本發明第一項特定實施例中，在步驟(A)中傳送管 的出口端沒有淹沒在熔融材料中。

在本發明第一項特定實施例中，步驟(C)包含將存在間隙中之熔融材料的溫度升高大約20℃或更高。

在本發明第一項特定實施例中，熔融材料是導電的，而步驟(C)包含讓電流通過存在間隙中的熔融材料。

在本發明第一項特定實施例中，通過熔融材料的電流基本上不會引起熔融材料的電解。

在本發明第一項特定實施例中，此電流是交流電。

在本發明第一項特定實施例中，傳送管的出口端和接收容器的入口端是導電的，以及步驟(C)包含在傳送管的出口端和接收容器的入口端之間施加電壓。

在本發明第一項特定實施例中，傳送管出口端和接收容器入口端之間所施加的電壓是交流電壓。

在本發明第一項特定實施例中，傳送管的出口端和接收容器的入口端基本上是同心的。

在本發明第一項特定實施例中，傳送管出口端和接收容器入口端之間的間隙基本上是環狀的。

在本發明第一項特定實施例中，傳送管出口端和接收容器入口端都包含鉑或鉑合金。

在本發明第一項特定實施例中，步驟(C)在步驟(B)期間不斷地執行。

在本發明第一項特定實施例中，步驟(C)在步驟(B)期間間歇地執行。

在本發明第一項特定實施例中，步驟(C)在熔融材料 開始填滿傳送管出口端和接收容器入口端之間的間隙之後立即執行。

在本發明第一項特定實施例中，步驟(C)執行一段足夠的時間，使間隙內之熔融材料中所陷獲的雜質水平，跟剛離開傳送管出口端之熔融玻璃中的相同。

在本發明第一項特定實施例中，步驟(C)是在熔融材料淹沒傳送管出口端之後執行。

依據本發明第二項，提供了傳送熔融材料的設備。此設備包括(i)含有出口端的傳送管；(ii)含有入口端的接收容器，可以接收離開傳送管出口端的熔融材料，而且可以相對於傳送管排列，使運送管出口端和接收容器入口端之間存在間隙；以及(iii)在熔融材料填充傳送管出口端和接收容器入口端之間的間隙時可以差動地加熱間隙中之熔融材料的設備。

在本發明第二項特定實施例中，傳送管的出口端和接收容器的入口端包含導電材料。

在本發明第二項特定實施例中，可以差動加熱的設備包含交流電功率供應器，用來供給交流電壓給填滿傳送管出口端和接收容器入口端之間間隙的熔融材料。

在本發明第二項特定實施例中，傳送管的出口端延伸到接收容器的入口端中。

本發明的一個或多個實施例具有底下的一個或多個優點。首先，藉由加熱傳送管和接收容器之間停滯區的熔融材料可以降低停滯區域中熔融材料的黏滯係數。結果，停滯區域的熔融材料會比較流通，而更加容易被由傳送管注入接 收容器中的熔融材料沖走。這使得由於停滯區域的缺陷而產生瑕疵材料薄片的週期可以更短。第二，藉由將電流通過熔融材料，可以讓熔融材料以控制的方式，大體上均勻地加熱。第三接收在停滯區域出現瑕疵之後啟動加熱可以開啟加熱動作很快地沖走瑕疵玻璃。

本發明其他特性及優點揭示於下列說明，以及部份可由說明清楚瞭解，或藉由實施下列說明以及申請專利範圍以及附圖而明瞭。

100‧‧‧設備

102‧‧‧熔融容器

104‧‧‧開口

106‧‧‧批料

108、108a‧‧‧熔融材料

110‧‧‧澄清容器

112‧‧‧管道

113‧‧‧攪拌器

114‧‧‧攪拌容器

116‧‧‧管道

118‧‧‧傳送容器

119‧‧‧圓錐部分

120‧‧‧管道

121‧‧‧頂端

122‧‧‧傳送管

124‧‧‧入口管

126‧‧‧成形容器

128‧‧‧溝槽

130‧‧‧開口

132‧‧‧接收容器

134‧‧‧側邊

136‧‧‧根部

138‧‧‧出口端

140‧‧‧入口端

142‧‧‧間隙

143‧‧‧出口端

145‧‧‧玻璃液面

150‧‧‧加熱電路

152‧‧‧功率供應器

154、158‧‧‧連接

底下所說明附圖顯示出本發明一般實施例以及並不考慮受限於本發明範圍，本發明允許其他相同有效之實施例。附圖並不會需要按照比例，以及附圖特定特徵以及特定觀點之比例可放大或為了清析而示意性地顯示出。

圖1為製造材料片範例性設備之示意圖。

圖2為圖1設備部份放大圖以及顯示出接收容器位於將接收來自傳送管之熔融材料。

圖3為圖2沿著線3-3展開之斷面圖。

圖4示意性地顯示出方法之一個階段以流通圖2接收容器與傳送管間之停滯性熔融材料。

圖5示意性地顯示出方法之另一階段以流通圖2接收容器與傳送管間之停滯性熔融材料。

本發明可以用來傳送任何熔融材料，包括非限制性玻璃熔質(或熔融玻璃)。有利地是，本發明用來傳送導電的熔 融材料，因此可以藉由通過電流來加熱。

在本發明特別有利的實施例中，本發明用來傳送熔融玻璃(或玻璃熔質)。本發明特別有利於用來傳送在處理時是導電的熔融玻璃。這類玻璃材料包括非限制性硼鋁矽酸鹽玻璃，蘇打石灰玻璃，在組成份中包含鹼金屬氧化物和/或鹼土金屬氧化物的其他氧化物玻璃等。

本發明牽涉到傳送熔融材料。因此，針對熔融玻璃，本發明的傳送方法可以用於任何玻璃製造技術，包括浮式法，壓製，滾壓，細縫抽拉，融合抽拉等，只要玻璃在形成最終的界定出形狀之前從傳送管傳送到接收容器。底下將參考融合抽拉技術的幾個實施例以詳細描述本發明。然而，在學習了目前申請案揭示內容之後，在這方面具有一般技術的人都會瞭解本發明可以經過修改，應用於其他玻璃製造技術中。

底下將參考附圖以詳細描述此項發明的幾個實施例。在描述這幾個實施例時將提供一些特定細節以便對本發明提供完整的瞭解。然而，熟悉此技術的人都會瞭解不需要其中一些，或全部的這些特定細節也可以實施本發明。在其他例子中，可能不會詳細描述已知的特性以免對本發明造成不必要的混淆。此外，類似，或相同的參考數字可以用來代表共同或類似的元件。

圖1是用來形成材料片例如以玻璃為主之材料片的設備100簡圖。設備100可以是設備系統，如底下所描述的。在一個例子中，設備100包含熔融容器102，含有開口104 用來接收原料批料106。熱量是由熔融容器102內部產生，或由外部供給將批料106熔融成熔融材料108。在一個非限定例子中，熔融材料108是熔融玻璃。在其他非限定例子中，熔融材料108可以是熔融玻璃-陶瓷，或其他類以玻璃為主的熔融材料。一般來說，熔融材料可以是任何導電的熔融材料。在底下的描述中，我們將使用熔融玻璃作為熔融材料108的例子。設備100可以包含澄清容器110，透過管道112從熔融容器102接收熔融玻璃108。在澄清容器110內，熔融玻璃108經過處理用來除去在熔融容器102中分解批料106期間可能引進熔融玻璃中的氣體雜質。氣體雜質的移除可以透過化學澄清，或降壓真空澄清如業界所知的。

設備100可以包含攪拌容器114，可以透過管道116從澄清容器110接收熔融玻璃108。在攪拌容器114內，將熔融玻璃108混合來增進它的均勻性。設備100包含傳送容器118，透過管道120從攪拌容器114接收熔融玻璃108。攪拌容器114中的攪拌器113可以協助過濾掉傳送到管道120之熔融玻璃108中的固體雜質。傳送容器118可能在頂端121有開口，因此會將其中的熔融玻璃108曝露到周圍大氣中。傳送管122連接或安裝在傳送容器118下方。在該位置中，傳送容器118的熔融玻璃可以流入傳送管122。在非限定例子中，傳送管122是降流管。傳送容器118可以包含圓錐部分或碗狀物119，讓熔融玻璃108在流入降流管122時打旋，如此幫忙熔融玻璃108維持它的均勻性。

設備100包含成形容器126。在非限定例子中，成 形容器126是等靜壓管，可以是融合抽拉機器的元件。在一個非限定例子中，成形容器126包含溝槽128，含有開口，大致在130位置用來將熔融玻璃108接收到溝槽128中。入口管124連接到開口130用來將熔融玻璃108傳送到開口130。入口管124包含接收容器132，鄰接傳送管122用來從傳送管122接收熔融玻璃108。在一個非限定例子中，此接收容器132是提升管。在成形容器126的溝槽128中所接收的熔融玻璃108會溢流而流下成形容器126的側邊134(在圖1中只看得到一邊)，最後在成形容器126的根部136處合併成單一熔融玻璃流。此單一熔融玻璃流108被抽拉成玻璃薄片。

圖2是傳送管122和接收容器132之間介面的放大圖。如圖所示，傳送管122對準接收容器132。這裡使用"對準"一詞意指傳送管122和接收容器132排列的方式，使得熔融材料可以離開傳送管122並進入接收容器132，大致上不會溢出而流下接收容器132的側邊。在一個非限定例子中，這樣的對準包括將傳送管122的出口端138，容納在接收容器132的入口端140內。這需要出口端138的外直徑小於入口端140的內直徑。當容納在入口端140中時，出口端138可以跟入口端140同心或不同心。在一個非限定例子中，傳送管122和接收容器132的橫截面都是圓形。在圖2顯示的排列中，傳送管122的出口端138和接收容器132的入口端140之間界定出間隙142。間隙142的截面圖簡單地顯示在圖3中。間隙142的形狀可以是環狀。回到圖2，間隙142是未密封的，跟接收容器132的內部聯通。因此，接收容器132所接收的 熔融玻璃108會透過間隙142曝露到周圍大氣。

在玻璃薄片的製造期間，熔融玻璃108可能由於各種因素而混入氣泡。上游的處理步驟，例如玻璃熔融，澄清，和均質化可能在本質上就會在從傳送管122傳送到接收容器132的玻璃中產生一定含量的氣體和/或固體雜質。此外，在接收容器132中的熔融玻璃108由於接觸耐火材料和周圍大氣也可能受到誘發-氣泡顆粒或固體雜質的污染。

在熔融玻璃108從傳送管122流入接收容器132時，有一些熔融玻璃108可能進入間隙142而保留在間隙142中，直到循環回到接收容器132的主玻璃流108中。當熔融玻璃108a循環回到主玻璃流108中時，熔融玻璃108a中的任何瑕疵也會循環回到主玻璃流108中。如果間隙142中的熔融玻璃108a是停滯的，如上面所描述的瑕疵會以緩慢的速率滲出間隙142例如超過7到10天的週期。在這麼長的滲出週期間，所產生的玻璃薄片會有瑕疵造成產量的損耗。停滯玻璃中高濃度的瑕疵會轉換成大量瑕疵水平高得無法接受的玻璃產品。因此，間隙142中的停滯熔融玻璃最好是流動的，使這類有瑕疵之玻璃產品的數量可以降到最低。

參考圖2來作說明，傳統讓傳送管122和接收容器132之間間隙142中的停滯玻璃流動的程式包括相對於接收容器132提高傳送管122，或相對於傳送管122降低接收容器122，使傳送管122的出口端143高於接收容器132的玻璃液面145。提高傳送管122或降低接收容器132的動作造成間隙142中熔融玻璃108a的流動，使間隙142中的熔融玻璃108a 更快循環回到接收容器132的主玻璃流108中。在間隙142中的熔融玻璃108a循環回到主玻璃流108之後，將運送管122的出口端143再次浸到接收容器132的熔融玻璃108中。

然而，對於上面所描述傳統上用來讓停滯玻璃流動的程序有它的風險。例如，在牽涉到含富-鋯土之玻璃的玻璃薄片形成處理中，我們可以發現含富-鋯土的玻璃會進入間隙142而變成停滯。長的滯留時間以及玻璃的溫度，會讓含富-鋯土的玻璃結晶化形成次生鋯石雜質，從間隙142慢慢漏出到主玻璃流108中。這時候會使用上面所描述讓停滯玻璃流出間隙142的傳統過程。然而，在降低接收容器132使接收容器132的玻璃水平面145低於傳送管122的出口端143之後不久，在所形成之玻璃薄片中的氣泡就會逐步上升到使生產線遭受到100%損耗的程度。在幾天後接收容器132恢復正常水平時，接下來的7天會依循一般的濃度衰減曲線，直到氣泡水平正常為止。

這裡提出用來讓間隙142中停滯熔融玻璃流通的方法包括主動加熱間隙142中的熔融玻璃108a。如圖4和5所示，加熱電路150可以連接橫過間隙142用來供應熱量給間隙142中的熔融玻璃108a。加熱電路150可以在傳送管122的出口端143高於接收容器132的玻璃液面145時如圖4所示；或者在傳送管122的出口端143低於接收容器132的玻璃液面145時如圖5所示供應熱量給間隙142。當熔融玻璃108a出現在間隙142中時，供應到間隙142的熱會讓間隙142中的熔融玻璃108a流通，使熔融玻璃108a從間隙142流入 主玻璃流108中，比沒有施加熱到間隙142時還快。

當熔融材料108從傳送管122流到接收容器132時，可以間歇地將熱量施加到間隙142，例如當發現到間隙142中有瑕疵停滯玻璃(或其他熔融材料)時，或者可以不斷地施加。在一個非限定例子中，當熔融玻璃108開始從傳送管122流到接收容器132中時，就將熱量施加到間隙142，之後則有選擇地施加。在一個非限定例子中，當熔融玻璃108開始填充間隙142時，就將熱量施加到間隙142。在一個非限定例子中，將熱量施加到間隙142，直到間隙142中熔融玻璃的瑕疵水平例如雜質水平大致上跟接收容器132中的主體熔融玻璃108相同時為止。在一個非限定例子中，在傳送管122的出口端143淹沒在接收容器132的熔融玻璃108中之後，將熱量施加到間隙142。在一個非限定例子中，施加到間隙142的熱基本上侷限於間隙142，因此接收容器132中熔融玻璃108的整體溫度沒有明顯上升。在一個非限定例子中，熱量均勻地散佈在間隙142中。

加熱電路150可以用很多方式來執行。在一個例子中，加熱電路150包含交流電(AC)功率供應器152。AC功率的優點是在大電流密度下玻璃熔質不會受到電解，電解可能會在玻璃中產生水泡或其他不想要的氣泡。另一方面，直流電(DC)會很容易讓玻璃熔質電解，還原或氧化玻璃的特定成分，引起玻璃中的氣泡和/或雜質例如O2雜質。AC功率供應器152和傳送管122之間建立了連接154。如果直接跟傳送管122製造連接154很難或不方便的話可以將連接154建立在 AC功率供應器152和傳送容器118之間。在傳送管122接觸傳送容器118的情況下，跟傳送容器118的連接就像跟傳送管122連接一樣。在接收容器132和AC功率供應器152之間也建立連接158。連接158可以是接地線。在一個例子中，傳送管122和接收容器132是由可以導電的材料來製造。在另一個例子中，至少傳送管122的出口端138和接收容器132的入口端140是由導電材料製造。在一個非限定例子中，至少傳送管122的出口端138和接收容器132的入口端140是由鉑合金製造。通常，傳送管122和接收容器132的材料不會跟熔融材料108作用。

當熔融材料最先從傳送管122傳送到空的接收容器132時，接收容器132中的玻璃線實際上位於接收容器132的底部，而傳送管122出口端143和接收容器132玻璃液面之間的空的空間相當大。一旦傳送管122出口端和接收容器132底部之間建立了連續熔融玻璃流108，施加在傳送管122和接收容器132之間的電壓會形成電路迴路，使熔融玻璃108被流動的電流加熱。當接收容器132內的玻璃液面145上升，傳送管122出口端143和接收容器132玻璃液面145之間的空的空間會逐漸降低，如圖4所示。最後，傳送管122的出口端143會淹沒在接收容器132的熔融玻璃108中如圖5所示，使熔融玻璃進入間隙142。由加熱電路150傳送的電流會通過間隙142中的所有熔融玻璃108a。

參考圖5，當熔融玻璃從傳送管122流到接收容器132時，額外的新熔融玻璃會從傳送管122的出口端143注入 接收容器132的玻璃液面145下方。如果沒有額外主動加熱間隙142中的熔融玻璃108a，間隙142中的熔融玻璃108a會變得相當停滯，也就是非常不可能被引進接收容器132中的新玻璃流沖走。使用例如加熱電路150將電流通過間隙142中的熔融玻璃108a，可以將間隙142中的熔融玻璃108a加熱到高溫和較低黏滯係數，使熔融玻璃108a更加容易被底下的熔融玻璃流沖走。

一般來說，電流會從AC功率供應器152流到傳送管122，流下傳送管122，穿過環狀間隙142中的熔融玻璃108a，並經由接收容器132離開。在一個例子中，加熱電路150主要將交流電射入間隙142，如此將供應的熱大體上限制在間隙142。由於間隙142中的玻璃有相當高的局部阻力，因此大部分的電力都會消耗在間隙142中。因為間隙142中熔融玻璃108a的質量很小，因此可以非常快速地在短時間內加熱。加熱間隙142中熔融玻璃所需要的電壓量決定於間隙142中熔融玻璃的電阻，連帶的決定於傳送管122在接收容器132之熔融玻璃108中的浸漬深度。在一個例子中，供應熱給間隙142包括將間隙142中熔融玻璃的溫度升高大約20℃或更高，在特定實施例中至少25℃，在特定實施例中至少30℃，在特定實施例中至少40℃，在特定實施例中至少50℃。

供應熱量給間隙142，或差動地加熱間隙142中熔融玻璃108a的方法都可以使用。例如，可以將由不會跟熔融玻璃108作用之適當材料所製造的電阻式燈絲環線放在間隙142中來加熱熔融玻璃108a。此燈絲可以連接到適當功率供 應器將熱傳送到間隙142。其他加熱間隙142中熔融玻璃108a的方式例如感應加熱也可以使用。

雖然本發明在此已對特定實施例作說明，人們瞭解這些實施例只作為說明本發明原理以及應用。因而人們瞭解列舉性實施例能夠作許多變化以及能夠設計出其他排列而並不會脫離下列申請專利範圍界定出本發明精神及原理。應該只受限於下列申請專利範圍。

108、108a‧‧‧熔融材料

118‧‧‧傳送容器

122‧‧‧傳送管

124‧‧‧入口管

138‧‧‧出口端

140‧‧‧入口端

142‧‧‧間隙

143‧‧‧出口端

145‧‧‧玻璃液面

Claims (14)

1. 一種傳送熔融材料至一成形設備之方法，該方法包括：相對一接收容器排列一傳送管，以致該傳送管之一出口端被插入該接收容器之一入口端且一環狀間隙被形成於該出口端與該入口端之間，該接收容器連通於該成形設備之一入口；在一熔融設備中熔融一批料原料以形成熔融材料；將該熔融材料傳送到該傳送管以建立並維持一自該傳送管進入該接收容器之熔融材料的連續流；偵測何時該環狀間隙中有瑕疵停滯熔融材料；以及在該偵測步驟後，沖洗該瑕疵停滯熔融材料離開該環狀間隙，該沖洗步驟包括施加熱量至該環狀間隙中之該熔融材料，以流通該環狀間隙中之該熔融材料，該熱量被施加直至該環狀間隙中之該熔融材料的一瑕疵水平與該接收容器中之該熔融材料的一主體瑕疵水平實質相同為止。
2. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該熔融材料包含一熔融玻璃。
3. 依據申請專利範圍第2項之方法，其中該傳送管為一降流管，且該成形設備為一融合抽拉處理過程中之一等靜壓管。
4. 依據申請專利範圍第3項之方法，其中該降流管以及該接收容器兩者為圓形的以及實質上為同心的。
5. 依據申請專利範圍第1、2、3或4項之方法，其中該施加熱量的步驟包含將存在該環狀間隙中之該熔融材料的溫度升高大約20℃或更高。
6. 依據申請專利範圍第1、2、3或4項之方法，其中該熔融材料是導電的，而該施加熱量的步驟包含讓一電流通過存在於該環狀間隙中的該熔融材料。
7. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中該通過該熔融材料的電流基本上不會引起該熔融材料的一電解。
8. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中該電流是一交流電。
9. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中該傳送管的該出口端以及該接收容器的該入口端是導電的，以及該施加熱量的步驟包含在該傳送管的該出口端以及該接收容器的該入口端之間施加一電壓。
10. 依據申請專利範圍第9項之方法，其中在該傳送管的該出口端以及該接收容器的該入口端之間施加之該電壓為一交流電。
11. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該傳送管的該出口端以及該接收容器的該入口端基本上為同心的。
12. 依據申請專利範圍第1、2、3或4項之方法，其中該傳送管的該出口端以及該接收容器的該入口端兩者包含一鉑合金。
13. 一種傳送一熔融材料至一成形設備之設備，該設備包括：一傳送管，該傳送管具有一出口端；一接收容器，該接收容器經排列而連通於該成形設備之一入口，該接收容器具有一入口端，該入口端能夠接收離開該傳送管的該出口端之熔融材料，其中該傳送管的該出口端 被插入該接收容器的該入口端，以致一環狀間隙存在於該傳送管的該出口端與該接收容器的該入口端之間；以及一加熱電路，該加熱電路以一種方式供應電流至該環狀間隙，以致來自該電流的熱量被實質上侷限於該環狀間隙，該加熱電路包括一交流電功率供應器、一第一電連接與一第二電連接，該第一電連接在該傳送管與該交流電功率供應器之間而該第二電連接在該交流電功率供應器與該接收容器之間。
14. 依據申請專利範圍第13項之設備，其中該傳送管的該出口端以及該接收容器的該入口端包含一導電材料。