玻璃板成形装置 相关申请的引用
本申请要求下面这些临时申请作为优先权：
1)2001.8.8日提交的临时申请60/310,989，名称为“玻璃板成形装置”；
2)2001.8.29日提交的临时申请60/316,676，名称为“玻璃板成形装置”；
3)2001.9.12日提交的临时申请60/318,726，名称为“玻璃板成形装置”；
4)2001.9.13日提交的临时申请60/318,808，名称为“玻璃板成形装置”；
5)2002.1.3日提交的临时申请60/345,464，名称为“玻璃板成形装置”；及
6)2002.1.3日提交的临时申请60/345,465，名称为“玻璃板成形装置”。
根据美国临时申请法律35USC§119(e)中的规定要求优选权，上述申请通过参考而被结合于此。
本申请要求涉及2001年5月9日提交地、名称为“玻璃板成形装置”的美国申请09/851627的发明。上述申请通过参考而被结合于此。
【技术领域】
本发明总的来说涉及玻璃板的制造，更加具体地说，本发明涉及一种由溢流法成形的玻璃板。
背景技术
用于半导体驱动的显示装置中、尤其是用于TFT/LCD显示装置(它们被广泛地用于计算机显示器)中的玻璃必须具备非常高的表面质量以便能够成功地应用半导体类材料。使用授权给康宁公司(Corning，Inc.)的美国专利No.3,338,696中的装置所制造出的玻璃板具备最高质量的玻璃并且不需要后续处理。Corning的专利借助称为“溢流法”的制造方法来制造玻璃。使用其它方法制造出的玻璃需要研磨和/或抛光，因此不具有精细的表面光洁度。玻璃板还必须符合严格的厚度变化和弯曲规格。精细的表面光洁度主要由来自玻璃流中心的原玻璃形成。该玻璃不会因为搅拌操作而与外表面接触。
美国专利No.3338696的教导仍然是今天实践中的现有技术。但是，该装置具有局限性。
“溢流法”装置的主要缺点是，即使它在大部分表面上成形了极好的玻璃，但是最靠近入口的玻璃板的表面由在供给管表面附近流动的玻璃成形，因此易产生较差的质量。
“溢流法”装置的另一个缺点是，即使它在稳定工况期间成形了极好的玻璃，但是它从瞬时状态进行的恢复非常缓慢，这部分地由管子内的玻璃流的静止区域所产生，当使用传统实践来设计这些管子时，这些管子把玻璃从搅拌装置引导到装置中，会产生静止区域。在意外的瞬时过程期间，这些静止区域使由前面材料成分组成的玻璃缓慢地流出到玻璃主生产工艺液流中而导致了缺陷。当这个过程稳定时，这些缺陷最后消退了；但是，存在一个玻璃板质量不符合标准的时间段。
“溢流法”装置的另一个缺点是用来控制成形板厚度的装置具有局限性。在目前的实践中不能相对于成形板的宽度来进行玻璃的选择性冷却。
美国专利No.3682609的厚度控制系统可以补偿微小厚度误差，但是它只能在大约5-10cm的距离中将玻璃进行重新分布。
“溢流法”装置的另一个缺点是，成形装置在制造周期期间以这样的方式进行变形，以致玻璃板不再满足厚度的技术要求。这是过早终止生产运行的主要原因。
“溢流法”装置的另一个缺点是，表面张力和体力(body force)对熔融玻璃流产生较大影响，该熔融玻璃沿成形装置的外侧向下流动，从而使得板变得比成形装置更窄，并且使得成形板的边缘具有较厚的卷边。
美国专利No.3451798提供了边缘导向器，该导向器尽力补偿表面张力的影响，但是事实上是校正一些问题，这些问题是由于将成形装置横截面限制成它的外表面上的单个轮廓而产生的。
现有技术的另一个缺点是，当从成形装置中拉拔出来时，玻璃板本身不是平的。
“溢流法”装置的另一个缺点是，从装置的底部拉拔出板使板厚度趋于循环变化。这种循环的厚度变化是未控制的空气流的强烈作用，当该设备在生产周期期间老化时，这种作用趋于变得更加普遍。当该装置老化时，材料中的裂缝和各种由不均匀膨胀导致的缝隙产生了空气的泄漏。
因此，需要有装置来克服现有技术的缺点。
【发明内容】
在本发明的优选实施例中，形成板的使用区域的表面的所有玻璃都是原玻璃，在搅拌操作之后，该原玻璃不会被耐熔物或者耐熔金属表面附近的流体所污染。此外，通过重新定位或消除搅拌设备和玻璃板成形装置间管道中的静止流体区域，该实施例显著降低了成形板的玻璃的不均匀性。
在另一个优选实施例中，本发明引入精确热控制系统，以把熔融玻璃流在溢流堰重新分布，而溢流堰是成形过程的最关键区域。热控制有效地抵消了在生产周期期间不可避免地产生的板成形装置的老化。
在另一个优选实施例中，本发明以这样的方式对槽上的这些应力引入抵消力，即使得不可避免的热力蠕变对成形槽的玻璃流体特性具有最小的影响。这个实施例设计使得该抵消力在整个延长的生产周期期间能得以保持。因此，可以通过相同的成形槽来更长时间地制造玻璃板。
另一个优选实施例产生了可变的外部横截面，该横截面改变了表面张力和体力应力的方向和大小，因此减少了板宽度上的表面张力和体力的有害影响。
在替换优选实施例中，在固化期间，最好在它的宽度上冷却玻璃，以产生成形应力，这就确保了所拉拔出来的玻璃板本身是平的。
在另一个优选实施例中，本发明调整了成形装置的每个主要部件内的内部压力，因此在通到成形区域的任何泄漏通道间的压力差基本上为零。因此，即使有裂缝和缝隙在初始操作期间存在以及在制造期间产生，该装置中的空气泄漏也被最小化了。
【附图说明】
图1示出了“溢流法”玻璃板制造系统的主要零件。
图2A示出了现有技术中所知的“溢流法”的侧视图。
图2B示出了沿着图2A中线B-B截取的下导管内的玻璃流的横截面图。
图2C示出了沿着图2A中线C-C截取的横截面图，其中下导管中的玻璃流出现在“溢流法”的板中。
图3A示出了本发明优选实施例中的表面流体分配装置的侧视图。
图3B示出了本发明优选实施例的表面流体分配装置的顶视图。
图4A示出了本发明优选实施例的浸入流体分配装置的侧视图。
图4B示出了本发明优选实施例的浸入流体分配装置的顶视图。
图5A示出了本发明实施例的“溢流法”的侧视图。
图5B示出了使用流体分配装置时的、沿着图5A中线B-B截取的下导管中的玻璃流。
图5C示出了沿着图5A中线C-C截取的横截面图，这里，在使用流体分配装置时，下导管中的玻璃流出现在板中。
图6示出了本发明优选实施例中的具有倾斜轴线的离心机转筒，该离心机转筒的突出部使静止流体区域扩散。
图7A示出了本发明优选实施例中的具有侧部流入的离心机转筒的顶视图，其中离心机转筒将静止流体区域从离心机转筒突出部重新定位到该离心机转筒侧部上；
图7B示出了图7A的侧视图；
图7C示出了本发明优选实施例中的具有侧部流入的离心机转筒的顶视图，其中该离心机转筒将静止流体区域从离心机转筒突出部重新定位到相对于成形装置中心线大约成45度的位置上；
图7D示出了图7C的侧视图；
图8示出了现有技术中所知的“溢流法”中的离心机转筒。
图9A示出了本发明优选实施例中的下导管，该下导管为成形装置提供具有最小静止流体的进入口。
图9B示出了图9A的顶视图。
图9C示出了本发明优选实施例的、通到槽入口管连接中的下导管的细节，它示出了玻璃流型。
图10A示出了现有技术中所知的“溢流法”中的位于下导管和成形装置入口之间的流动。
图10B示出了图10A的顶视图。
图10C示出了现有技术中所知的、通到槽入口管连接中的下导管的细节，它示出了玻璃流型。
图11A示出了典型“溢流法”制造系统的主要零件。
图11B示出了图11A的剖视图。
图12A示出了流过成形槽的玻璃的侧视图。
图12B示出了通过图12A的成形槽的中心的剖视图，它示出了冷却区域。
图13A示出了本发明优选实施例中的一个修改过的单个加热室闭炉设计。
图13B示出了图13A的剖视图。
图14A示出了本发明优选实施例的空气冷却管，在熔融玻璃通过溢流堰时，该管对熔融玻璃产生局部冷却。
图14B示出了图14A的剖视图。
图15A示出了本发明优选实施例的、具有多个加热室的闭炉。
图15B示出了图15A的剖视图。
图16A示出了本发明优选实施例的辐射冷却器，当熔融玻璃通过溢流堰时，这些冷却器对熔融玻璃产生局部冷却。
图16B示出了图16A的剖视图。
图17A示出了现有技术的槽设计在热力蠕变的作用下是怎样变形的。
图17B示出了图17A的另一个视图。
图18A示出了现有技术中所知的成形槽支撑系统。
图18B示出了图18A的另一个视图。
图18C示出了图18A的另一个视图。
图18D示出了图18A的另一个视图。
图19A示出了本发明优选实施例中的槽各端上的单个成形压缩块体。
图19B示出了图19A的另一个视图。
图19C示出了图19A的另一个视图。
图19D示出了图19A的另一个视图。
图20A示出了本发明优选实施例的、槽一端上的一个成形压缩块体和另一端上的多个成形压缩块体。
图20B示出了图20A的另一个视图。
图20C示出了图20A的另一个视图。
图20D示出了图20A的另一个视图。
图21A示出了现有技术中所知的槽设计。
图21B示出了图21A的顶视图。
图21C示出了通过线C-C所截取的、图21A所示的槽设计的横截面图。
图21D示出了通过线D-D所截取的、图21A所示的槽设计的横截面图。
图21E示出了通过线E-E所截取的、图21A所示的槽设计的横截面图。
图21F示出了通过线F-F所截取的、图21A所示的槽设计的横截面图。
图21G示出了通过线G-G所截取的、图21A所示的槽设计的横截面图。
图22A示出了本发明优选实施例的、位于槽各端上的轧制的倒斜面。
图22B示出了图22A的顶视图。
图22C示出了通过线C-C所截取的、图22A所示的槽设计的横截面图。
图22D示出了通过线D-D所截取的、图22A所示的槽设计的横截面图。
图22E示出了通过线E-E所截取的、图22A所示的槽设计的横截面图。
图22F示出了通过线F-F所截取的、图22A所示的槽设计的横截面图。
图22G示出了通过线G-G所截取的、图22A所示的槽设计的横截面图。
图23A示出了具有进一步改进过的端部的本发明的替换实施例。
图23B示出了图23A的顶视图。
图23C示出了通过线C-C所截取的、图23A所示的槽设计的横截面图。
图23D示出了通过线D-D所截取的、图23A所示的槽设计的横截面图。
图23E示出了通过线E-E所截取的、图23A所示的槽设计的横截面图。
图23F示出了通过线F-F所截取的、图23A所示的槽设计的横截面图。
图23G示出了通过线G-G所截取的、图23A所示的槽设计的横截面图。
图24A示出了具有提高结构刚度潜能的本发明的替换实施例。
图24B示出了图24A的顶视图。
图24C示出了通过线C-C所截取的、图24A所示的槽设计的横截面图。
图24D示出了通过线D-D所截取的、图24A所示的槽设计的横截面图。
图24E示出了通过线E-E所截取的、图24A所示的槽设计的横截面图。
图24F示出了通过线F-F所截取的、图24A所示的槽设计的横截面图。
图24G示出了通过线G-G所截取的、图24A所示的槽设计的横截面图。
图25A示出了本发明优选实施例的、具有向上凸起的成形根部的成形槽，该根部使中心玻璃先于边缘玻璃被固化。
图25B示出了图25A的另一个视图。
图25C示出了图25A的另一个视图。
图25D示出了图25A的另一个视图。
图26A示出了本发明优选实施例的、具有向下凸起的成形根部的成形槽，该根部使边缘玻璃先于中心玻璃被固化。
图26B示出了图26A的另一个视图。
图26C示出了图26A的另一个视图。
图26D示出了图26A的另一个视图。
图27A示出了本发明优选实施例的、具有复杂形状的成形根部的成形槽，该根部在它的宽度上以独特的方式使玻璃进行固化。
图27B示出了图27A的另一个视图。
图27C示出了图27A的另一个视图。
图27D示出了图27A的另一个视图。
图28A示出了现有技术中所知的“溢流法”玻璃板成形系统中的冷却过程。
图28B示出了图28A的剖视图。
图29A示出了在本发明优选实施例中闭炉区域内的压力如何被控制以使泄漏最小化。
图29B示出了图29A的剖视图。
图30A示出了在本发明优选实施例中闭炉门区域内的压力如何被控制以使泄漏最小化。
图30B示出了图30A的剖视图。
图31A示出了在本发明优选实施例中过渡区域内的压力如何被控制以使泄漏最小化。
图31B示出了图31A的剖视图。
图32A示出了在本发明优选实施例中退火器和拉拔机区域内的压力如何被控制以使泄漏最小化。
图32B示出了图32A的剖视图。
【具体实施方式】
本发明的流体动态学是这样的，即使得玻璃板的外表面由充分混合的原玻璃成形，该原玻璃来自流入到成形装置的玻璃流的中心，因此原玻璃不会接触耐熔质或者耐熔金属表面。这就产生了可能的最高的表面质量。该纯净的表面对LCD/TFT半导体显示设备的制造非常重要。此外，本发明所有实施例中的流体动力学是这样的，即使得熔融玻璃进入成形槽底部的成形楔的流动速度在它的整个宽度上基本上是均匀的。
参照图1、11A和11B，它们示出了典型的“溢流法”制造系统1。来自熔融炉2和前炉3中的玻璃10(该玻璃必须具有基本上均匀的温度和化学成分)供给到搅拌装置4中。搅拌装置4使玻璃充分均匀化。然后，使玻璃10通过离心机转筒入口管5进入到离心机转筒6中，向下进入到下导管7中，通过位于下导管7和成形装置入口管8之间的接头14进入到溢流槽9的入口中。在从搅拌装置4流入到槽9中的同时，玻璃10、尤其是成形板表面的玻璃需要保持均匀。离心机转筒6的一般目的是将流向从水平改变成垂直，并且提供了用来使玻璃10停止流动的装置。提供阀针13使玻璃流停止。位于下导管7和槽入口管8之间的接头14的一般功能是使得可以拆卸玻璃板成形装置以进行维护，以及作为过程设备的调节装置。
来自熔融炉和前炉的熔融玻璃10(必须具有大致均匀的温度和化学成分)通过板成形槽9的入口管8进入到成形装置中。入口管8优选设计成能控制进入的熔融玻璃流的速度分布。玻璃板成形装置，其详细描述在美国专利No.3338696和专利申请09/851627(这些专利和专利申请在这里引入以作参考)，是一个楔形成形装置9。直倾的溢流堰115基本上平行于楔(根部)116的顶边缘，所述溢流堰115形成了槽的各侧。槽117的底部和槽118的侧部以下面方式形成，即使得玻璃均匀地分布到各个侧部溢流堰115的顶部中。然后，玻璃流过各个侧部溢流堰115的顶部，向下流过楔形成形装置9的各侧，并且在根部116的突出边缘处结合，以形成熔融玻璃11的板。然后，在借助拉辊111从根部116中拉出熔融玻璃11的板时，冷却熔融玻璃11的板，以形成厚度基本均匀的固态玻璃板12。辊式拉边器110也可以用来拉出熔融玻璃板11。在现有技术中，成形槽9被包围在闭炉中，其目的是控制成形槽9和熔融玻璃10的温度。通常的做法是，在包围着成形槽9的闭炉室113中保持不变的温度。在玻璃从熔融状态过渡到固态时，一定得小心地控制冷却玻璃。这个冷却过程开始于刚好位于根部116上方的、成形装置9的下部，并且当熔融玻璃板通过闭炉门区域114时，这个冷却过程继续下去。到它到达拉辊111时，熔融玻璃已基本上固化。熔融玻璃形成了厚度大致均匀的固态玻璃板12。
改变玻璃流分布
参照图2-10，本发明的优选实施例在玻璃板成形装置的入口处改变流动路径，以改善表面质量。还有利于玻璃流更加均匀地通过管路，该管路把玻璃从搅拌装置导入到玻璃板成形装置中。
美国专利No.3338696仅仅考虑了成形槽内的玻璃流。美国专利No.3338696还宣称，整个板表面由原玻璃形成，而不会因为与外界表面接触而受到不利影响。当成形在槽的入口端处的板在管路系统前表面上进行流动时，这并不完全正确。在本发明中把流体分配装置加在槽入口处，以确保所有可使用的板表面均由原玻璃形成。位于玻璃搅动装置和玻璃板成形装置之间的管路系统在离心机转筒处和位于下导管和成形装置入口管之间的连接处由传统的实践进行改进。通过离心机转筒的流体被改变，从而消除或者重新定位静止流动区域，该区域在正常情况下形成在离心机转筒的前顶表面。下导管没有浸入到成形装置入口管玻璃中，从而消除了管间的静止流动区域。
图2A到2C示出在现有技术的“溢流法”中，在供给下导管7内流动的玻璃10终止于所形成的玻璃板中的何处。下导管7的侧部21附近的玻璃流终止于拉制板的中心。下导管7的前表面附近的流体23分布在整个玻璃表面上，然而，它大部分聚集在板的入口端大约1/3部分上。表面玻璃23由于下导管表面和离心机转筒6内以及下导管7到入口管8的连接处14内的静止区域内的玻璃而易发生断裂。剩余大约2/3的板的表面由内部原玻璃22来成形。玻璃流24的两个其它部分以大约45度的角度对称地偏离前表面，终止于在板的入口端处形成不能使用的近端边缘部分25。以大约180度的角度位于后表面中心的另一部分26则形成不能使用的远端边缘部分27。
图3A和3B示出了玻璃板成形装置31的实施例，该成形装置31具有：流入管8；设置在槽入口表面上的流体分配装置32(它是本发明的主题)；及玻璃板成形装置主体9。流体分配装置32中断了玻璃表面流动并且使它转移到板边缘处的表面上。然后，来自下导管流体中心的玻璃来到成形槽的表面中，以形成玻璃板11的使用部分的表面。注意，每个边缘处的10-20％的板一般由于各种原因而不能使用。
图4A和4B示出了玻璃板成形装置41的替换实施例，该装置41除了下面这些之外执行与图3实施例相同的功能：表面流体分配装置42设置在玻璃10的表面之下，并且以更加精细但同样有效的方式来重新分配表面流体。成形所述板的不能使用的入口边缘部的玻璃流10流过流体分配装置42中的中心槽43。该玻璃(它流过中心槽)是接近下导管前表面的玻璃。然后，来自下导管中心的玻璃流入到槽表面中，以形成板11的可使用部分的表面。流到下导管表面附近处的其它玻璃保持被浸没。
图5A和5C示出了在供给下导管7内进行流动的玻璃10终止于图3和4所描述的本发明中所成形的玻璃板上的何处。进入到板21中心中的玻璃流实质上与现有技术中的等同。但是，形成所成形的玻璃板的外侧表面的流体52不会在下导管7的前表面附近流动。玻璃流24的两部分以大约45度角度对称地偏离前表面，并且最终在板的入口端形成不能使用的边缘部分25，这两部分基本上不受影响，如同终止于不能使用的边缘部分27处的玻璃流26一样。
图6示出了一个实施例，其中离心机转筒66的轴线倾斜一角度，以使主工业生产液流通过离心机转筒的前部。活动流体60带走了表面玻璃61，克服了一般会在离心机转筒突出部(图8)产生玻璃流的静止区域的表面张力。设置一阀针13以使玻璃流停止。
图7A到7D示出了本发明的一个实施例，在这个实施例中，通过将从搅拌装置到离心机转筒75的管道中的玻璃以相对与所述成形装置的中心线成一定角度74而注入离心机转筒76的侧部，从而促进了离心机转筒76中玻璃的交叉运动。这有效地改变了离心机转筒中的流型70，因此在一般情况下位于离心机转筒突出部(81、图8)的静止区域移动到离心机转筒71的侧部中。返回参照图2A-2C和5A-5C，根据离心机转筒中的流体相对于成形装置9的中心线73的角度74，来自静止区域71中的玻璃要么终止于不能使用的边缘部分25、27，要么浸入到玻璃板21的中心部中，而不是处于玻璃板23的表面上。其中还示出了离心机转筒中的无玻璃表面72。
图8示出了现有技术的离心机转筒6，其中静止区域81位于离心机转筒6的前部。该处玻璃在位于离心机转筒前部处的较小生产工艺液流80和表面张力的结合作用下而处于一定位置。
图9A到9C示出了本发明的一个实施例，其中下导管97的底端94大致设置在成形装置进入管98的无玻璃表面90上方。下导管97的底端和成形装置入口98也各自具有规定的尺寸大小和形状95和92。成形装置入口98的的垂直距离93、尺寸大小和形状92通过特别设计以使玻璃流通道91内的任何静止或者涡流的区域最小化。因此，熔融玻璃10成形了更加均匀的板11。这种设计通过流体流动公式(Navier-Strokes公式)的求解和实验测试而确定的。
图10A到10C示出了下导管7，该下导管7如现有技术所知浸入到成形装置入口管8中的熔融玻璃表面100中。在两个管子7和8之间具有静止区域101。玻璃流通道103使玻璃在下导管7和槽入口管8之间产生了环形涡旋102。除了在流动过渡期间(此时该涡旋在玻璃板中产生了缺陷)之外，这种涡旋与主生产液流几乎不进行物料交换。
减少玻璃板成形装置的老化
现在，参照图12到16，本发明的另一个实施例以这样的方式控制成形装置的玻璃流分布，即使得生产装置的老化和成形槽的变形(由热力蠕变所产生的)借助玻璃流分布的热控制来进行补偿。
美国专利No.3338696依赖于具有特定形状的成形槽，从而以某种方式来分布玻璃，以形成厚度均匀的板。成形槽的基本形状详细地描述在美国专利No.3338696中。该玻璃板成形过程在高温下进行，典型地在1000度到1350度之间进行。在这些温度下，用来制造成形槽的耐熔材料表现出称为热力蠕变的特性，这是由所施加的应力所产生的材料变形。因此，该槽在由自身重力所产生的应力和玻璃在该槽内的流体静压力所产生的应力作用下变形。
用来构成成形装置的其它部分的材料也以不确定的方式老化(弯曲、破裂、改变热性能等)，这对厚度分布产生有害影响。美国专利No.3682609中的厚度控制系统可以补偿较小的厚度误差，但是它只能在在大约5-10cm的距离上重新分布玻璃。为了在玻璃板整个宽度上更大地影响厚度分布，必须控制溢流堰上的熔融玻璃流。
本发明的实施例通过下面方法解决了这个问题：引入精确热控制系统，以重新分布溢流堰上的熔融玻璃流，而这是成形过程的最关键区域。热控制可以有效地抵消不可避免地产生于生产周期期间的板成形装置的老化。
图12A示出了具有一些箭头的成形槽9的侧视图，这些箭头示出熔融玻璃10流过成形槽9以到达侧溢流堰115。图12B示出了通过成形槽9的中心的截面图，该图示出了当玻璃10流过成形装置时控制熔融玻璃10的不同区域。区域121是从槽的入口端到远端的流体，区域122是溢流堰上方的流体，区域123是沿成形槽外侧的下行流体，及区域124是熔融玻璃11，该熔融玻璃11从根部116中拉出并且冷却为固态板12。在通过每个区域时由加热或者冷却熔融玻璃10所产生的对固态玻璃板12厚度的影响是不相同的。当玻璃在区域121内从成形槽9的入口端流到远端时在熔融玻璃10中加入能量(升高温度)或者除去能量会分别产生凹形或者凸形板厚外形。在区域121中厚度外形受影响而改变的作用时间与槽的长度相对应。
当熔融玻璃流过区域122中的溢流堰115时改变进入到熔融玻璃10中的能量对最后的固态玻璃板厚度分布会产生了巨大影响。区域122内的玻璃的局部冷却有效地产生了堰，该堰对玻璃流具有很大影响。这是一个极其敏感的区域，除了等温之外的任何控制方案一定得小心设计。区域123对于使玻璃恢复均匀温度分布具有重要作用，该分布沿着纵向基本上是线性分布的，以使根部116处的拉拔过程是稳定的。区域124内的不同冷却是美国专利No.3682609的目标，并且可以有效地产生较小的厚度分布改变。给定纵向位置上的冷却沿着一个方向影响了那个位置上的厚度，并且对该位置两侧玻璃产生相反作用。这种效果是大约几个厘米距离上的玻璃进行纵向重新分布。
图13A和13B示出了本发明的实施例，其中闭炉132的顶部和侧部被形成为更加靠近熔融玻璃10的外表面，而该熔融玻璃10在成形槽9上和槽内进行流动。闭炉132借助加热室131内的加热元件来加热。闭炉室113内的主要传热方法是辐射。通过把闭炉132设计成更加符合熔融玻璃10的外部形状，可以把能量导到熔融金属10的目标区域中，因此可以更好地控制温度分布。加热室131中的加热元件具有足够的功率来平衡进入到成形槽9中的能量流，因此产生了合适的温度条件。
图14A和14B示出了本发明的实施例，在这个实施例中，当玻璃10通过区域122中的溢流堰115时，影响熔融玻璃10的局部冷却。其中使用了图13A和13B的闭炉132结构。功能与美国专利No.3682609中的空气冷却管141相似的空气冷却管142位于闭炉143的加热室侧，刚好在流过溢流堰115的熔融玻璃10的上方。玻璃在这个位置上的局部冷却可以有效地产生局部堰，该局部堰对固态玻璃板的厚度分布具有显著作用。
图15A和15B示出了本发明实施例，其中多室闭炉156设置有独立的加热元件151-155，以在玻璃通过成形过程中的各个独立区域时控制熔融玻璃10的温度。这些区域121-124被描述在图12A和12B中。多室闭炉156具有五个加热室151-155。设置在成形槽9顶部上的加热室153影响从成形槽9的入口端流到远端(区域121)的玻璃流。位于溢流堰115顶部的加热室152和154影响溢流堰115上方的流动(区域122)，槽9各侧上的加热室151和155用来纵向地平衡温度(区域123)。所有的加热室151-155具有加热元件，这些元件以足够的功率来平衡进入到成形槽9中的能量流，从而产生合适的温度条件。
图16A和16B示出了本发明的实施例，在该实施例中，当玻璃通过溢流堰115时影响熔融玻璃10的局部冷却。这是图12B所示的区域122。使用图15A和15B的多室闭炉156结构。特别设计的辐射冷却器161安装在加热室152和154中，该冷却器161可以选择性的冷却与溢流堰115相对的闭炉表面162的加热室侧。辐射冷却器具有多个调整元件164，以使其底表面的温度沿着纵向可以改变。辐射冷却器161和闭炉表面162之间的传热分布是距离163的函数。通过改变冷却装置161和闭炉表面162之间的距离163，可以削弱冷却效果以调整敏感度。尽管没有示出，但是冷却装置161在工作期间可以更换。通过适当的改变加热室152、153和154的设计，辐射冷却器161可以从侧部插入而替换从顶部插入。
在替换实施例中，图14A和14B的空气冷却管142可以与图15A和15B的闭炉156设计一起使用，并且图16A和16B的辐射冷却器161可以与图13A和13B的闭炉132结构一起使用。
减小玻璃板的厚度变化
参照图17到20，本发明的另一个实施例以这样的方式支持和强调了成形装置，即使得由于热力蠕变所产生的变形对玻璃板的厚度变化产生最小影响。这个实施例以这样的方式把抵消力加到槽上的这些应力中，即使得不可避免产生的热力蠕变对成形槽的玻璃流体特性具有最小的影响。本发明设计成使得该抵消力在整个延长的生产周期期间得以保持。因此，用同样的成形槽来制造玻璃板可能会用更长的时间。
制造成形槽和它的支撑结构的耐熔材料在具有压缩时的高强度和拉伸时的低强度。与大多数的结构材料相类似，在高温下施加应力时，它们也改变形状。根据这些材料特性及这些特性如何影响制造过程而产生了这个实施例。
在本发明的这个实施例中具有两个基本概念。首先，把力和/或力矩作用到槽的端部上，抵消了重力所产生的应力，因此使热力蠕变对熔融玻璃流所产生的影响最小化。第二，本发明使用了压缩部件，这些压缩部件如此成形，即使得压缩部件也易发生的热动蠕变基本上不能改变所述力和/或力矩的作用。
图17A和17B示出了热力蠕变对槽形状产生的典型效果。图17A示出了，成形槽9在中部下陷，以致溢流堰115的顶部和根部116现在发生了弯曲171，并且槽底部117的弯曲度171发生了改变。该弯曲171引起熔融玻璃10不再在溢流堰115上以恒定的厚度172进行流动。弯曲部分171允许更多的玻璃流过溢流堰的中部，从而导致不均匀的板厚度分布。图17B示出了来自成形槽9内的熔融玻璃10的流体静力174如何迫使溢流堰115在顶部分开。这使得更多的玻璃流到成形槽9的中部，从而使得中部厚度更加大。
图18A到18D示出了现有技术中所知的玻璃板成形装置180。成形槽9由入口端支撑块体181和远端支撑块体182来支撑。成形槽9是梁的等同物，由于其自身重量、槽内和槽上的玻璃重力及拉力而易产生弯曲应力。由于槽材料的拉伸强度较小，压缩力183被施加到成形槽9的下半部上，以迫使成形槽9的根部116处的材料被压缩。典型地，入口端支撑块体181沿着纵向(水平方向)受到限制，并且压缩力183作用到远端支撑块体182上。现有技术只考虑在成形槽9的根部116处防止张力，以及仅仅启动时的应力。几乎不考虑成形槽9和支撑块体181和182的热力蠕变的应力影响。
图19A和19D示出了形成了端支撑块体191和192的玻璃板成形装置190的实施例。入口端形成的支撑块体191被限制在纵向上。压缩力193施加到远端形成的支撑块体192。支撑体的形状以这样的方式设计，即使得其在成形槽9中形成的力分布能够基本上抵消成形槽9和熔融玻璃10的重量影响。所施加的力193是这样的，即使得成形槽9中的所有材料沿着纵向处于基本上相同的压缩应力作用下。该应力使得热力蠕变主要产生在纵向上，几乎没有图17A所示的下陷。成形槽9由于纵向相等的压缩应力而变得更短。所成形的支撑块体也易进行热力蠕变。所成形的支撑块体的横截面在它的整个长度上大致相同并在整个截面上具有相等的压缩应力。因此，当所成形的支撑块体由于热力蠕变而变形时，它仍然继续对成形槽9施加大致相同的力分布。
图20A到20D示出了玻璃板成形装置200的实施例，该成形装置200形成四个端支撑块体201、202、204和205。入口端形成三个支撑块体201、204和205，所有这些块体被施加纵向压缩力206、207和208。压缩力203作用到远端形成的支撑块体202上。支撑块体202和203的形状和负载按照与图19A-19D的支撑块体191和192相同的标准进行设计。两个上部形成的支撑块体204和205连接到溢流堰的入口端上，并且形成角度以将附加的力施加在溢流堰上，从而抵消趋于使所述溢流堰分开的流体静力的影响。尽管块体204和205在附图中示成具有向内的角度，但是在没有脱离本发明精神实质的情况下它们也可以具有向外的角度。
在优选实施例中，较短的(长度的10％-25％)过渡区域(未示出)处于所形成的支撑块体的槽端上。在这些过渡区域中，所形成的支撑块体的横截面将从其本身横截面形状改变成适于将设计负荷作用到槽块体上的形状。
板上表面张力的影响
在本发明的替换实施例中，成形楔的倒倾斜宽度和角度被改变以在使板变窄时改变表面张力和体力的作用。此外，宽度和倒倾斜角度可以被增大，以使结构更刚硬，因此更能抵抗热力蠕变。
图21A到21G示出了现有技术中成形槽的形状。图21C到21G的楔形部分的横截面在槽的整个可用长度上是均匀的。槽211的宽度和倒倾斜角度210在每个截面上是相同的。当熔融玻璃10向下流入到成形楔9的垂直部分211中时，表面张力和体力对板宽度212具有最小的作用，因此，当熔融玻璃10垂直向下流入到成形楔的倒倾斜部分210中时，表面张力和体力作用使板更窄213。
图22A到22G示出了在其整个长度上相同的槽211宽度，而倒倾斜角度210在槽中心(图21D-21F)相同，而各端上的倒倾斜角度220被减小了。减小的倒倾斜220在表面张力和体力应力上具有平衡作用，因此减少了板223的变窄。
图23A到23G示出了槽211的宽度和倒倾斜角度210，而该宽度和倒倾斜角度在槽中心(图21D到21F，及图22D到22F)相同，而各端处的槽宽度231和倒倾斜角度230被减小了。这种减小的宽度231和倒倾斜230对图22A到22G中作用的表面张力和主体应力具有平衡作用，因此进一步减小了板233的变窄。
图24A到24G示出了本发明的另一个实施例，其中，除了图24E的槽中心处的倒倾斜角度240较大的大于其它的倒倾斜角度210和230之外，槽的宽度211和231和倒倾斜角度210和230与图23A到23G的实施例相同。这种更大的角度提高了结构的剖面系数，从而使它更刚硬，因此更不易发生热力蠕变。使这些端部的结构保持与图23A到23G的相同，从而对表面张力和体力应力具有与图23A到23G基本相同的作用，因此对板243的变窄几乎没有影响。
生产平板
美国专利No.3338696只考虑成形槽中的玻璃流，并且根据达到临界固化点的玻璃流具有均匀厚度而认为从成形槽底部拉拔出的玻璃具有均匀的厚度和平面度实际上，玻璃必须在它的整个宽度上优先冷却，以在生产平板的固化期间产生成形应力。本发明改变了成形应力和冷却分布，因此所成形的板本身是平的。
图25A到25D示出了本发明的实施例，其中成形楔116的底部形状不直，而是向上形成凸起250。与从成形楔的各个边缘252中拉拔出的玻璃相比，这使得从成形楔251的中心拉拔出的玻璃冷却得更快。该方法是把应力施加在位于板中心处的局部固化玻璃251上，以使板变得更平，从而具有更少的弯曲。
图26A到26D示出了本发明的另一个实施例，其中成形楔116的底部形状不直，而是向下形成凸起260。与从成形楔的各个边缘262中拉拔出的玻璃相比，这使得从成形楔261中心拉拔出的玻璃冷却得更慢。这种方法是使更加固化的边缘262保持分开，主要是通过辊式拉边器110来实现，因此在板中心处的局部固化玻璃261的收缩所产生的应力使板变得更平，因此具有更少的弯曲。
图27A到27D示出了本发明的一个实施例，其中成形楔116的底部形状不直，而是在其宽度270上具有复杂的形状。这使得从成形楔9中拉拔出的玻璃具有相同的冷却外形。这种结构的冷却方法是图25A到25D所示和图26A到26D所示的结合。
减少空气泄漏
美国专利No.3338696主要依赖于仔细设计和材料匹配来防止产生任何的材料裂缝和缝隙。这些裂缝和缝隙是开始工作时和制造周期过程期间的空气泄漏的根源。本发明的实施例提供了独特的压力平衡技术，使得即使启动时存在或工作期间产生了泄漏通道，可以使最小量的空气流动通过这些泄漏通道。
玻璃板通过从溢流成形槽的底部拉拔出玻璃来成形。以小心控制的方式来冷却和固化熔融玻璃。最理想的冷却方法是辐射，这种方法在它的整个厚度上基本上均匀地冷却玻璃。只冷却玻璃表面的对流冷却也是一个因素。对流冷却必须最小化，因为它对拉拔过程具有不稳定的作用。在进行拉拔时，观察到的现象是板厚度的循环变化。这个被称为“振荡(pumping)”，并且是所有玻璃拉拔过程中所能看到的现象。
“溢流法”的成形区域的工作温度典型地为1250度，并且在底部敞开室的顶部处具有典型的3米高的热空气环境。由于该约3米高的高温空气柱，因此在成形板的区域中的大气压力大于成形装置外部的压力。因此，任何裂缝或者缝隙产生了气流通道，由此空气流入到室的敞开底部中，在该室向上并且向外通过这些裂缝或者缝隙。这种泄漏很大地增加了成形区域中的对流冷却，结果产生了板厚度的循环变化。
为了使空气流过缝隙，从缝隙的一侧到另一侧必须具有不同的压力。本发明包括调整成形装置的每个主要部件的内部压力，以使通到成形区域中的任何泄漏通道的两端的压差基本上是0。因此，如果缝隙存在或产生了，将不会发生空气泄漏，因为没有压差来迫使气流进行流动。
成形系统的内部室内的气压远大于工厂中的大气压力。这是由于，成形系统中的热空气密度较小。这种高压迫使内部空气通过隔板内的任何缝隙或者裂缝而泄漏，这些隔板将成形区域与加热和冷却区域分开。通过使任何泄漏通道的各侧上的气压相等可以使这种泄漏最小化。
现在，参照图28A到32B，图28A和28B示出了玻璃从熔融状态过渡到固态时的玻璃冷却。这个过程必须仔细控制。冷却过程开始于刚好位于闭炉区域280的根部116上方的成形装置下部，当熔融玻璃板11通过闭炉门区域114时继续进行，并且直到它离开过渡区域281时基本上被固化。该受控的冷却过程在退火装置和拉拔装置区域282继续进行，以缓解固化玻璃板12的内部压力。
用于控制成形室压力差的四个实施例示出在图29A到32B中。它们分别是：a)加入气流以增压；b)限制流出；c)流入到真空中；及d)借助增压室来封闭。根据独特的设计要求，这些控制方法中的任何一个可以被用来控制闭炉区域280、闭炉门区域114、过渡区域281或者退火和拉拔装置区域282中的压力。但是，最关键重要的目的是使从成形室中分隔工厂大气或者加热区域或者冷却区域的隔板的各侧上的压力相等。本发明还应用在成形室内的气体是除空气之外的气体如氮气等来实现的“溢流法”中。
更具体地说，图29A和29B示出了闭炉区域280的一个实施例，该附图示出了把最好预热过的空气290加入到闭炉加热室131中，以使加热室131内的压力等于邻近成形室113内的压力。在闭炉内分开两个室的壁132一般由许多块构成，因此容易产生随即的泄漏。通过使两个室之间的压力相等使得泄漏流最小化。
图30A和30B示出了闭炉门区域114的一个实施例，该区域包括出口限制装置300，其对从各个闭炉门301出来到工厂环境压力的空气流进行限制。这个限制装置的尺寸大小可以改变，以把闭炉门302内的压力调节成等于邻近成形室303内的压力。通过冷却管141流入到闭炉门301中的空气流一般足以克服任何泄漏通道而使闭炉门内部压力302升高至附近成形室压力303。
图31A和31B示出了过渡区域281的实施例，该区域具有冷却空气，该冷却空气以高压310进入到冷却室311中，并且从每个过渡冷却器313中出来而进入到受调的真空源314中。在过渡区域中进行冷却所需要的大量空气一般会使过渡冷却室311中的压力上升到超过邻近成形室315的压力。因此，需要真空源314降低压力并且把真空源314调整成使过渡冷却室311内的压力等于邻近成形室315的压力。
图32A和32B示出了退火装置和拉拔装置区域282的一个实施例，其中在退火装置和拉拔装置282的各端上均包括一对压力平衡室320。平衡室321内的压力被调节成等于退火装置322内的压力。选择位于各端处的室，因为拉拔离心机转筒111的轴承和调整机构位于这些端上。替换结构可以是单个压力平衡室320，该室320封装着整个退火装置和拉拔装置282，或者特殊设计考虑所要求的多个独立的压力平衡室320。
因此，应该知道，这里所描述的本发明的实施例只是示出了本发明原理的应用。这里详细描述的实施例不是用来限制权利要求的范围，而这些权利要求自身描述了被认作是本发明实质的那些特征。