JP5215326B2 - サグを排除するためのアイソパイプの構造 - Google Patents

Description

本発明は、フュージョン法によるシートガラスの製造に用いられる装置に関し、特に使用時のサグを制御するように構成されたアイソパイプに関するものである。

フュージョン法は、シートガラスの製造に用いられる基本的な技法の一つであり、例えば、フロート法およびスロットダウン法等の他の方法によって製造されるシートガラスに比較して、卓越した平面性および平滑性を備えた表面を有するシートガラスを製造することができる。その結果、フュージョン法は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の発光表示装置の製造に用いられるガラス基板の製造に用いるのに有利であることが判明している。

フュージョン法、厳密に言えばオーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法は、アイソパイプとして知られている耐熱体内に形成された収集トラフに溶融ガラスを提供する供給パイプを備えている。オーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法の実施中においては、上記供給パイプから溶融ガラスが上記トラフへ移動し、次いでトラフの両側の頂部をオーバーフローして、アイソパイプの両側面に沿って下方へ流れ、次いで内方へ流れる二つのガラス流を形成する。これらの２枚のシートは、アイソパイプの底部で合流して、単一のシートに融合する。この単一のシートは、次にシートが上記底部から引き出されるときの速度によってシートの厚さを制御する牽引装置に送り込まれる。この牽引装置は、上記単一のシートが上記牽引装置と接触状態になる以前に冷却されて十分に固くなるように、上記アイソパイプの底部の下流に配置されている。

従来、最終的なガラスシートの両外表面は、この処理工程中の如何なる時点においても、上記アイソパイプの如何なる部分にも接触しない。正確には、これらの表面は雰囲気に対面しているのみである。最終的なガラスシートを形成する２枚のシートの内面は、アイソパイプに接触するが、これらの内面はアイソパイプの底部において一体に融合し、最終的なシート本体の内部に埋め込まれる。このようにして、最終的なシートの外表面の卓越した特性が得られる。

ガラス形成工程中におけるアイソパイプの寸法安定性は、製造工程全体の成功に影響を与えるのみでなく、製造されたガラスシートの特性にも影響を与える。オーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法においては、アイソパイプが約１,０００℃の温度に曝される。これらの温度に曝されている間、アイソパイプは、自らの重量、アイソパイプ内に受容されかつ両側面をオーバーフローする溶融ガラスの重量、および溶融ガラスが牽引されるときに溶融ガラスを通じてアイソパイプに戻される少なくとも或る程度の張力を支えなければならない。

商品および市場の動きは、発光表示装置のサイズ、すなわちガラスシートのサイズの絶え間ない増大を要求している。製造されるべきシートガラスの幅に応じて、アイソパイプは、約１．５ｍ以上の支えられていない長さを有することになる。

これらの要求条件に耐えるために、従来のアイソパイプは、耐熱材料が等圧（アイソスタティックに）圧縮されたブロックから製造されて来た（「アイソパイプ」の名前の由来）。特に等圧圧縮されたジルコン耐火物が、フュージョン法に採用されるアイソパイプの形成に用いられて来た。従来のジルコン耐火物は、ＺｒＯ_２およびＳｉＯ_２、すなわち等価的にＺｒＳｉＯ_４と、焼結添加物とからなる。このような高性能材料を用いてさえも、アイソパイプ材料がクリープする可能性があり、それらの耐用期間を短縮する寸法変化を生じていた。特に、アイソパイプは、パイプの支えられていない長さの中間部が、支えられている両外端の高さの下方に垂れ下がるサグを呈する。

それ故に、従来のアイソパイプおよびシートガラスの製造法に付随する寸法安定性およびその他の欠点を解決する要求がある。これらの、およびよびその他の要求は、本発明の装置の構造および組成によって満たされる。

本発明の第１の態様によれば、溶融ガラスのためのフュージョン法に使用する、圧縮荷重が印加されるアイソパイプが提供され、このアイソパイプは、
１個の耐熱体を備え、この耐熱体は、
上記圧縮荷重の少なくとも一部が印加されるように構成された近接端部、
上記圧縮荷重の少なくとも一部が印加されるように構成された遠隔端部、
上記溶融ガラスを受容するように構成された収集トラフを少なくとも一部が画成する頂部、および
この頂部に対向する底部を備え、
上記耐熱体は、上記近接端部と上記遠隔端部との間に配置されて上記頂部と上記底部との間の少なくとも一部分において長手方向に延びる１個の空洞をさらに画成し、かつこの空洞の断面積が、この空洞の少なくとも一部分の長手方向の長さに沿って変化している。

上記第１の態様のいくつかの実施の形態（以後、実施の形態Ｃ２と呼ぶ）によれば、上記耐熱体の重量および上記溶融ガラスの重量が、上記耐熱体上に重力曲げモーメントを付与し、上記耐熱体の上記近接端部および上記遠隔端部のそれぞれに印加される圧縮荷重が、上記耐熱体上に荷重曲げモーメントを付与し、上記空洞の少なくとも一部分の断面形状は、上記耐熱体の長手方向の長さの少なくとも中央部分に関し、上記荷重曲げモーメントが上記重力曲げモーメントよりも大きいかまたはほぼ等しいように構成されている。実施の形態Ｃ２のうちの限定された実施の形態においては、上記空洞の少なくとも一部分の断面形状が、前記耐熱体の長手方向の長さに亘って、上記荷重曲げモーメントが上記重力曲げモーメントよりも大きいかまたはほぼ等しいように構成されている。実施の形態Ｃ２のうちの限定された実施の形態においては、上記耐熱体の断面が、この耐熱体の長手方向軸線に対してほぼ直角な中立軸を有し、上記空洞の少なくとも一部分の何れかの断面に印加される上記荷重曲げモーメントが、上記圧縮荷重に、上記中立軸から上記圧縮荷重の作用線までの距離を乗算したものにほぼ等しい。

本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態によれば、上記空洞は、上記耐熱体の上記近接端部と遠隔端部との間に延びている。

本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態（以後、実施の形態Ｃ６と呼び、このＣ６は、上述の実施の形態である場合も無い場合もある）によれば、上記空洞の断面形状が、この空洞の少なくとも一部分の長手方向の長さに沿って変化している。実施の形態Ｃ６のうちのいくつかの限定された実施の形態においては、上記空洞の断面形状の少なくとも一部が、上記耐熱体の断面の外形の少なくとも一部に類似した形状を有する。実施の形態Ｃ６のうちのいくつかの限定された実施の形態においては、上記空洞の断面形状の少なくとも一部が、上記耐熱体の断面の外形の少なくとも一部とは異なる形状を有する。

実施の形態Ｃ２のうちの限定された実施の形態（以後、実施の形態Ｃ９と呼ぶ）においては、上記空洞が下面を有し、この下面の少なくとも一部分が湾曲形状を有し、かつ下面の中央部分は、上記空洞の両端に対して耐熱体の長手方向軸線から下方に離れている。

実施の形態Ｃ９のうちのいくつかの限定された実施の形態においては、上記空洞が上面を有し、この上面の少なくとも一部分が湾曲形状を有し、かつ上記耐熱体の断面に関し、上記上面の湾曲部分の相対曲率が、上記下面の湾曲部分の相対曲率よりも小さい。

本発明の第１の態様のいくつかの実施の形態（以後、実施の形態Ｃ１１と呼ぶ）によれば、上記耐熱体がジルコン耐熱材料を含有している。実施の形態Ｃ１１のうちのいくつかの限定された実施の形態によれば、上記ジルコン耐熱材料は、さらにＴｉＯ_２，ＺｒＳｉＯ_４，ＺｒＯ_２およびＦｅ_２Ｏ_３を含有している。

本発明の第２の態様は、溶融ガラスのためのフュージョン法に使用され、かつ圧縮荷重が印加されるアイソパイプであって、このアイソパイプは、
１個の耐熱体を備え、この耐熱体は、
上記圧縮荷重の少なくとも一部が印加されるように構成された近接端部、
上記圧縮荷重の少なくとも一部が印加されるように構成された遠隔端部、
上記溶融ガラスを受容するように構成された収集トラフを少なくとも一部が画成する頂部、および
この頂部に対向する底部を備え、
上記耐熱体は、上記近接端部と上記遠隔端部との間に配置されて上記頂部と上記底部との間の少なくとも一部分において長手方向に延びる１個の空洞をさらに画成し、かつこの空洞の断面形状が、この空洞の少なくとも一部分の長手方向の長さに沿って変化している。

本発明の第３の態様は、ガラスシートを生成させる溶融ガラスのためのフュージョン法に用いられるアイソパイプのサグを低減する方法であって、
ａ）１個の耐熱体を提供し、この耐熱体は、
近接端部、遠隔端部、上記溶融ガラスを受容するように構成された収集トラフを少なくとも一部が画成する頂部、およびこの頂部に対向する底部を備え、
上記耐熱体は、上記近接端部と遠隔端部との間に配置されて上記頂部と上記底部との間の少なくとも一部分において長手方向に延びる１個の空洞をさらに画成し、かつこの空洞の断面積が、この空洞の少なくとも一部分の長手方向の長さに沿って変化しており、
ｂ）上記耐熱体の近接端部および遠隔端部のそれぞれの部分に圧縮荷重を印加する、
ステップを含む。

本発明の第３の態様のいくつかの実施の形態（以後、実施の形態Ｃ１５と呼ぶ）によれば、上記耐熱体の重量および上記溶融ガラスの重量が、上記耐熱体上に重力曲げモーメントを付与し、上記耐熱体の近接端部および遠隔端部のそれぞれに印加される圧縮荷重が、上記耐熱体上に荷重曲げモーメントを付与し、上記空洞の少なくとも一部分の断面積は、上記耐熱体の長手方向の長さの少なくとも中央部分に関し、上記荷重曲げモーメントが前記重力曲げモーメントよりも大きいかまたはほぼ等しいように構成されている。

実施の形態Ｃ１５のうちのいくつかの限定された実施の形態においては、上記空洞の少なくとも一部分の断面積は、上記耐熱体の長手方向の長さに亘って、上記荷重曲げモーメントが前記重力曲げモーメントよりも大きいかまたはほぼ等しいように構成されている。

実施の形態Ｃ１５のうちのいくつかの限定された実施の形態においては、上記耐熱体の断面は、この耐熱体の長手方向軸線に対してほぼ直角な中立軸を有し、上記空洞の少なくとも一部分の何れかの断面に印加される上記荷重曲げモーメントが、上記圧縮荷重に、上記中立軸から上記圧縮荷重の作用線までの距離を乗算したものにほぼ等しい。

本発明の第３の態様のいくつかの実施の形態によれば、上記空洞は、上記耐熱体の上記近接端部と上記遠隔端部との間に延びている。

本発明の第３の態様のいくつかの実施の形態（以後、実施の形態Ｃ１９と呼ぶ）によれば、上記耐熱体がジルコン耐熱材料を含有している。

実施の形態Ｃ１９のうちのいくつかの限定された実施の形態によれば、上記ジルコン耐熱材料は、さらにＴｉＯ_２，ＺｒＳｉＯ_４，ＺｒＯ_２およびＦｅ_２Ｏ_３を含有している。

本発明の第３の態様のいくつかの実施の形態によれば、上記空洞の断面形状が、この空洞の少なくとも一部分の長手方向の長さに沿って変化している。

本発明の第４の態様は、ガラスシートを生成させる溶融ガラスのためのフュージョン法に用いられるアイソパイプのサグを低減する方法であって、
ａ）１個の耐熱体を提供し、この耐熱体は、
近接端部、遠隔端部、上記溶融ガラスを受容するように少なくとも一部が構成された収集トラフを画成する頂部、およびこの頂部に対向する底部を備え、
上記耐熱体は、上記近接端部と上記遠隔端部との間に配置されて上記頂部と上記底部との間の少なくとも一部分において長手方向に延びる１個の空洞をさらに画成し、かつこの空洞の断面形状が、この空洞の少なくとも一部分の長手方向の長さに沿って変化しており、
ｂ）上記耐熱体の近接端部および遠隔端部のそれぞれの部分に作用線に沿って圧縮荷重を印加する、
ステップを含む。

本発明のさらなる実施の形態は、その一部が、後述の詳細な説明および下記の請求項に述べられており、一部は詳細な説明から導かれ、または発明の実施によって悟ることができるであろう。下記の効果は、添付の請求項において特に指摘された要素および組合せによって実現されかつ達成されるであろう。上述の概略説明および下記の詳細な説明は、例示および説明のためのみのものであって、開示され、および／または請求項に記載されているものに本発明を限定するものでないことを理解すべきである。

本明細書に組み入れられかつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明のいくつかの態様を示し、記述内容とともに本発明の原理を、限定することなしに説明するのに資するものである。全図を通じて、類似の番号は同一要素を示す。

本発明の一つの態様に従ってシートガラスを作製するためのオーバフロー・ダウンドロー・フュージョン法に用いるためのアイソパイプを示す概略図である。 アイソパイプ上に作用する例示的な力を示す、従来のアイソパイプの側面図を示す概略図であり、図中、Ｇは重力を表し、Ｆ１およびＦ２は圧縮荷重を表す。 図２の従来のアイソパイプ上の重力荷重に関するモーメント線図を示すグラフである。 図２の従来のアイソパイプ上の圧縮荷重に関するモーメント線図を示すグラフである。 内部空洞およびアイソパイプ上に作用する例示的な力を示す、本発明のアイソパイプの側面図を示す概略図であり、図中、Ｆ１およびＦ２は圧縮荷重であり、Ｇは重力を表す。 本発明の一つの実施の形態による、図５のアイソパイプ上の圧縮荷重に関するモーメント線図を示すグラフである。 例えば図２に示された従来のアイソパイプの断面図および中立軸（ＢＢ′）を示す概略図である。 本発明の一つの実施の形態によるアイソパイプの図５の８Ａ−８Ａ線に沿った断面図および中立軸（ＢＢ′）を示す概略図である。 本発明の一つの実施の形態によるアイソパイプの図５の８Ｂ−８Ｂ線に沿った断面図および中立軸（ＢＢ′）を示す概略図である。 例えば図２に示された従来のアイソパイプに関するモーメント線図を示すグラフである。 例えば図１および図５に示された本発明の一つの実施の形態によるアイソパイプに関するモーメント線図を示すグラフである。

本発明の下記の記述内容は、最良の、現在知られている実施の形態において本発明の教示を可能にするように提供されるものである。このため、当業者であれば、本発明の有益な結果を得ながら、ここに記載されている本発明の種々の態様に対して、種々の変更を行ない得ることを認識しかつ評価するであろう。本発明の望ましい効果のいくつかは、本発明のいくつかの特徴を選択することによって、他の特徴は利用せずに本発明の望ましい効果が得られることも明らかである。したがって、当業者は、本発明に対する多くの修正および適用が可能であり、それが環境によっては望ましくさえあり、それらも本発明の一部であることを認識するであろう。それ故に、下記の記述内容は、本発明の原理を示すために提供されたものであって、本発明を限定するものではない。

ここで用いられている単数形の用語は、特に明記されていない限り、複数形のものも含む。それ故に、例えば「空洞」は、特に明記されていない限り、二つ以上のこのような「空洞」を含む。

ここでは、一つの特定の値の範囲が、「約」一つの特定値から、および／または「約」他の特定値までとして表現されている。このように一つの範囲が表現される場合、他の実施の形態は、上記ひとつの特定値から、および／または上記他の特定値までを含む。同様に、数値が概略的に表現される場合には、先行詞「約」を用いることによって、その特定値が他の実施の形態を形成すると理解される。各範囲の両端の点は、他の端点との関係において、かつ他の端点とは独立的に、双方ともに有意であると理解される。

下記の米国特許および係属中の出願の明細書には、シートガラスを製造するための種々の組成物および方法が記載されており、それらの内容のすべては、耐熱性セラミックおよびアイソパイプに関する材料および方法を開示する目的で、参考として本明細書に組み入れられる。すなわち、米国特許第６,９７４,７８６号明細書および米国特許出願公開第２００５／０１３０８３０号明細書。

上述に要約されているように、本発明は、シートガラスの製造に用いられるアイソパイプ、より具体的には、使用中のサグを制御するように構成されたアイソパイプを提供するものである。図面を参照すると、図１は、例えばオーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法によるシートガラスの製造に用いられるように構成された本発明のアイソパイプ１００の実施の形態の概略図を示す。

図２を参照すると、従来のアイソパイプ１０およびシートガラス製造システムは、アイソパイプの耐熱体１０６内に形成された収集トラフ１０４に溶融ガラスを提供する供給パイプ１０２を備えている。動作時には、供給パイプから溶融ガラスがトラフに供給され、溶融ガラスはトラフの両側の頂面をオーバーフローして、アイソパイプの両側面に沿って下方へ流れ次いで内方へ流れる２枚のガラスシートを形成する。これら２枚のガラスシートは、アイソパイプの底部１０８において合流して単一のシートに融合する。この単一のシートは、次に牽引装置（矢印１１０で示されている）に送り込まれる。

オーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法においては、溶融ガラス流の制御に用いられるアイソパイプは重要である。このアイソパイプは、溶融ガラスの温度に等しい、極めて高いことが多い温度になる。この温度においては、アイソパイプの材料がクリープ歪みを受け、それにより極めて遅い速度で変形し始める。アイソパイプには重力荷重が課せられ、この重力荷重は、例えばアイソパイプ自体の重量のみでなく、溶融ガラスの重量をも含み、アイソパイプのサグの原因となる。アイソパイプは単純に支持された梁のように振る舞うので、アイソパイプのサグは、直接的にアイソパイプの湾曲に関連する。理解されるように、この垂れ下がりは、ガラスの流動特性に、したがって最終製品の品質に悪影響を及ぼす。上記重力荷重の作用に対処するために、アイソパイプの両端に圧縮力が印加されることが多い。

しかしながら、従来のアイソパイプにおいては、圧縮力が、このアイソパイプのサグを阻止するための十分な対抗力とはなり得なかった。図２は、アイソパイプに作用する重力荷重および圧縮力を示す従来のアイソパイプ１０の図式的側面図である。図３は、従来のアイソパイプ上の重力荷重に関する例示的な重力モーメント図を示す。当業者には知られているように、アイソパイプに沿った何れの点におけるモーメントも、単純に力の作用点からの距離を力に乗じたものに等しい。理解されるように、もしアイソパイプが一定の断面積を有しているとすれば、重力モーメント線図は概して放物線形となる。従来のアイソパイプにおいては、一般にアイソパイプの両端間でトラフが傾斜しており、その結果、アイソパイプの断面積に変化が生じている。このため、図３に示されているように、一般的な放物線形から僅かに偏差が生じている。図４は、アイソパイプの両端に印加された圧縮力に基づく、従来のアイソパイプの例示的な荷重曲げモーメント線図を示す。理解されるように、もしアイソパイプの断面積が一定であるとすれば、モーメント線図はアイソパイプの全長に亘って一定値を有する筈である。

従来のアイソパイプに関する合成モーメント線図（例えば、重力モーメントおよび荷重曲げモーメントを含む）が図９Ａに示されている。上述のように、重力荷重に関する曲げモーメントは、一般に放物線形であり、圧縮力に関する曲げモーメントは、全長に亘って比較的一定であり、双方の曲げモーメントは、収集トラフの傾斜により、僅かに偏っている。従来の梁理論によれば、撓みの二次導関数は、梁に沿った曲げモーメントに比例し、撓みは、曲げモーメント線図の下方の面積に関連すると推論される。それ故に、従来のアイソパイプにおいては、圧縮荷重が、図９Ａのモーメント線図の「Ａ」で表されている下方の面積を減らすことができるが、それを排除することは不可能である。したがって、従来のアイソパイプは常に垂れ下がっている。

図１および図５を参照して説明するように、アイソパイプ１００は、耐熱体１０６、頂部１０７、溶融ガラスを受容するように構成された収集トラフ１０４を画成する部分、および頂部に対向する底部１０８を備えている。このアイソパイプ１００はまた、近接端部１１０および遠隔端部１１２等の、それぞれの端部を備えており、これらは、図５に「圧縮荷重」矢印によって例示されている、作用線に沿った圧縮荷重の印加を可能にするように構成されている。

本発明の一つの実施の形態によれば、アイソパイプ１００は、耐熱体１０６内に画成された空洞１２０を備えている。一つの実施の形態においては、空洞は、アイソパイプの近接端部と遠隔端部の間の少なくとも一部分において、アイソパイプの長さ方向に沿って頂部と底部との間に延びるように配置されている。随意的に、一つの実施の形態においては、空洞１２０が耐熱体１０６の近接端部と遠隔端部の間に延びている。図５の例示的アイソパイプに示されているような一つの実施の形態において、空洞１２０の面積は、アイソパイプの長さ方向に沿って変化し、それ故に、空洞の断面積もアイソパイプの長さに沿って変化している。いくつかの実施の形態においては、空洞の断面積はアイソパイプの全長に亘って変化している。随意的に、空洞の断面積はアイソパイプの一部分のみに亘って変化している。別の実施の形態においては、空洞１２０の形状がアイソパイプの長さに沿って変化している。この実施の形態においては、空洞の断面形状もアイソパイプの長さに沿って変化している。いくつかの実施の形態においては、空洞の断面形状がアイソパイプの全長に亘って変化している。随意的に、空洞の断面形状がアイソパイプの一部分のみに亘って変化している。

上述のように、アイソパイプ（上記耐熱体等）および溶融ガラスの重量が、耐熱体上に重力曲げモーメントを付与する。同様に、耐熱体の近接端部および遠隔端部のそれぞれに印加される圧縮荷重は、耐熱体上に荷重曲げモーメントを付与する。一つの実施の形態によれば、荷重曲げモーメントが、耐熱体の長手方向の長さに亘る重力曲げモーメントよりも大きいかまたはほぼ等しくなるように、空洞１２０の少なくとも一部分の断面形状が構成される。随意的に、一つの実施の形態においては、荷重曲げモーメントが、熱性本体の長手方向の長さに沿って取った、耐熱体の少なくとも中央部に関する重力曲げモーメントよりも大きいかまたはほぼ等しくなるように、空洞１２０の少なくとも一部分の断面形状が構成される。

図７は、図２に示された従来のアイソパイプ１０のような、従来のアイソパイプの例示的断面を示す。同様に、図８Ａおよび図８Ｂは、図１および図５に例示的に示されているような、種々の実施の形態による空洞１２０を有する本発明のアイソパイプ１００の例示的断面を示す。理解されるように、アイソパイプの長手方向の長さに沿った何れものおよび全ての断面において、中立軸を画成するゼロ歪み点が存在する。図示のように、かつ当業者であれば理解するように、中立軸はアイソパイプの断面形状に応じて変化する。一つの実施の形態においては、アイソパイプの何れの断面（またはそれの空洞等の部分）に印加される荷重曲げモーメントも、圧縮荷重に、中立軸から圧縮荷重の作用線までの距離を乗じたものにほぼ等しい。図６は、変化する断面を有する空洞１２０の効果を（例えば、図４の荷重曲げモーメント線図と比較して）、アイソパイプの荷重曲げモーメント線図上において示したものである。図９Ｂは、変化する断面を有する空洞に関するモーメント線図（すなわち、荷重曲げモーメントと重力モーメントとを組み合わせた線図）を示す。

図から明らかなように、本発明のアイソパイプ１００の構成は、図９Ａにおける領域「Ａ」のようなモーメント線図の下方領域を排除している。種々の実施の形態において、このことは、重力荷重の重力曲げモーメント線図の輪郭に類似した輪郭を備えた耐熱体の長手方向の長さに沿って中立軸が変化するような空洞１２０の形状によって達成される。いくつかの実施の形態において、中立軸の輪郭は、重力荷重の重力曲げモーメント線図に類似している。理解されるように、空洞１２０の形状が変化するにつれて、アイソパイプ自体の重量が変化して、重力曲げモーメント線図の輪郭に影響を与える。それ故に、種々の実施の形態において、反復処理が行なわれて、重力曲げモーメント線図の輪郭に類似した、またはほぼ同一の輪郭を有する空洞が得られる。

図８Ａおよび図８Ｂに示されているように、種々の実施の形態において、アイソパイプ１００の空洞１２０の断面は、耐熱体の断面の外形の少なくとも一部分と類似した形状を有する。随意的に、空洞の断面は、必ずしも耐熱体の外形に対応した形状とすることを必要としない他の形状とすることができる。種々の実施の形態において、空洞の断面は、耐熱体の長手方向の長さに亘って変化する。図８Ａおよび図８Ｂはそれぞれ、図５の８Ａ−８Ａ断面および８Ｂ−８Ｂ断面で取った例示的な断面図である。図から明らかなように、双方の断面形状は類似しているが、寸法が異なる。随意的に、いくつかの実施の形態においては、耐熱体の長さに沿って、空洞１２０の形状および寸法の双方が変化している。

図５から明らかなように、一つの実施の形態において、空洞１２０は、この空洞の長手方向の長さに沿って、図中に破線で表されている湾曲した上面および下面を備えている。種々の実施の形態において、下面が湾曲形状を有しており、その中央部分は、空洞の両端に対して耐熱体の長手方向軸線から下方へ離れている。別の実施の形態においては、上面が同様に湾曲形状を有しており、その中央部分は、耐熱体の別の長手方向軸線から下方へ離れている。随意的に、一つの実施の形態において、上面が耐熱体の長手方向軸線とほぼ平行で、下面が上述のように湾曲している。別の実施の形態においては、上面が上述のように湾曲し、下面が耐熱体の長手方向軸線とほぼ平行である。他の実施の形態においては、上面および下面が異なる形状を有し、または湾曲部分と直線部分との組合せその他を有していてもよい。図５に示されているように、一つの実施の形態において、上面および下面の双方が湾曲部分を有し、上面の湾曲部分の相対曲率は、下面の湾曲部分の相対曲率よりも小さい。

本発明はまた、溶融ガラスのためのフュージョン法に用いられるアイソパイプ１００のサグを低減する方法を提供するものである。一つの実施の形態において、提供される方法は、内部に空洞を画成する１個の耐熱体１０６を提供し、かつこの耐熱体の両端に圧縮荷重を印加することを含む。一つの実施の形態において、上記耐熱体は、近接端部１１０、遠隔端部１１２、頂部１０７（溶融ガラスを受容するように構成された収集トラフ１０４を画成する）、および頂部に対向する底部１０８を備えている。上記空洞１２０は、上記頂部と底部との間に配置され、かつ上記近接端部と上記遠隔端部との間に少なくとも部分的に長手方向に延びている。それ故に、いくつかの実施の形態においては、上記空洞１２０は、両端部の間に部分的にのみ延び、随意的には、上記空洞が上記近接端部と遠隔端部との間に延びる。空洞１２０の断面形状は、この空洞の少なくとも一部分の長手方向の長さに沿って、前述のように、しかしそれに限定されずに変化している。

上述のように、耐熱体および溶融ガラスの重量が、耐熱体上に重力曲げモーメントを付与し、かつ耐熱体の両端に印加される圧縮荷重が、耐熱体上に荷重曲げモーメントを付与する。一つの実施の形態によれば、空洞を有する耐熱体が提供され、この空洞の少なくとも一部分の断面形状は、耐熱体の長手方向の長さの少なくとも一部分に関して、荷重曲げモーメントが重力曲げモーメントよりも大きいかまたはほぼ等しくなるように構成されている。一つの実施の形態においては、上記一部分が耐熱体の中央部分である。別の実施の形態においては、上記空洞の断面形状は、耐熱体の長手方向の長さに亘って、荷重曲げモーメントが重力曲げモーメントよりも大きいかまたはほぼ等しくなるように構成されている。

上述のように、上記耐熱体の各断面は、この耐熱体の長手方向軸線と直角な中立軸を画成している。一つの実施の形態において、空洞の少なくとも一部分の何れかの断面に印加される荷重曲げモーメントは、圧縮荷重に、中立軸から圧縮荷重の作用線までの距離を乗算したものにほぼ等しい。

本発明の一つの実施の形態においては、アイソパイプの耐熱体はジルコン耐熱材料を含有している。さらなる実施の形態においては、ジルコン耐熱材料は、ＴｉＯ_２，ＺｒＳｉＯ_４，ＺｒＯ_２およびＦｅ_２Ｏ_３のうちの少なくとも一つを含有している。一つの実施の形態において、ジルコン耐熱材料は、例えば約０．３重量％のように、約０．２重量％よりも多く、かつ約０．４重量％よりも少ないＴｉＯ_２含有量を有する。ＴｉＯ_２が存在すると、耐熱体が従来使用されてきたジルコン耐熱材料よりも低い平均クリープ率を有する結果、サグの低減されたアイソパイプを得ることができる。例えば、ジルコン耐熱材料は、１１８０℃、１．７ＭＰａ（２５０psi）において約０．５×１０−６インチ／インチ／時の平均クリープ率を有する。これに加えて、このようなＴｉＯ_２含有量は、耐熱材料が平均クリープ率（ＭＣＲ）に対して９５％の信頼帯（ＣＢ）（confidence band）を有することになり、これは平均クリープ率の５０％未満、すなわちＣＢ／ＭＣＲ＜０．５である。このような信頼帯は、特定のアイソパイプのジルコン耐熱材料が異常に高いクリープ率を有して許容不能なサグを早期に示すことによりアイソパイプの寿命を短縮する機会を低減する。

別の実施の形態において、上記耐熱材料は、少なくとも下記の組成を有する。すなわち、ＴｉＯ_２（０．２３〜０．５０重量％）、ＺｒＳｉＯ_４（９８．７５〜９９．６８重量％）、ＺｒＯ_２（０．０２〜０．１５重量％）およびＦｅ_２Ｏ_３（０．０８〜０．６０重量％）。バインダおよび分散剤等の添加物は、随意的にこの組成物に添加することができる。例えば、約２．００重量％から４．００重量％のバインダの添加は、スプレー乾燥工程を助成し、顆粒強度を改善し、プレスされたジルコン耐熱体の未焼成強度を改善することができる。同様に、約０．０６重量％から約０．２５重量％の分散剤の添加は、組成物の成分の加湿を助成して、ジルコン耐熱材料の作製に用いられる混合液を生成させることができる。上記バインダおよび分散剤は、上記成分、特にプレスされたジルコン耐熱体が焼成されて、耐クリープ性ジルコン耐熱材料を形成する場合に燃焼または気化される。ひとつの実施の形態において、上記バインダは、Ｃａｒｂｏｗａｘ（Ｒ）ＰＥＧ８０００（ダウ・ケミカル社、米国ミシガン州、ミッドランド所在）等のポリエチレン・グリコールならびに水性アンモニウム・ポリメタクリレート（例えば、Ｄａｒｖａｎ Ｃ（ＲＴ Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ社、米国コネチカット州、ノーウォーク所在））等のポリエレクロライト分散剤が耐熱成分の混合物に添加される。

上述から明らかなように、ジルコンは一般に耐熱材料の約９８．７５％よりも多くを含む。二酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、ジルコン耐熱材料の密度および強度を増大させるのに用いることができる鉱化剤または強化剤である。酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３も、ジルコン耐熱材料の密度および強度を増大させるために添加することができる。随意的なバインダおよび／または分散剤は、ジルコン耐熱原材料の処理に役立ち、焼成工程において実質的にまたは完全に燃焼および／または気化される。焼成時には、粒子の成長および結合が生じて、連続的に結合されたジルコン耐熱材料を形成する。強化および結合の度合いは、例えばアイソパイプを形成するのに用いることができるジルコン耐熱材料の強度および耐クリープ特性を決定する。

一つの実施の形態において、ジルコン原材料成分は、多モード粒径分布、例えば二次、三次またはより高次の粒径分布を含むことができる。具体的な実施の形態においては、本発明の組成物は、３μｍを超え約２５μｍまでの中心粒径を有する約４０重量部を超える粗いジルコン成分と、約３μｍ以下の中心粒径を有する約６０重量部未満の細かいジルコン成分を含む。

別の実施の形態においては、耐熱組成物は、焼成および／または焼結に先立って、ジルコン材料およびジルコン先駆体を含むことができる。このジルコン先駆体は、例えばその場で調製することができ、および焼成後にジルコン粒子を形成することができる。ジルコン先駆体は、耐熱セラミック体の組織内の気泡内を満たすことができ、気泡を形成する粒界の部分をカバーし、かつジルコンプリフォームの粒子間の結合剤として作用することができる。この結合剤の作用は、ジルコン耐熱体を調整および形成するのに必要な、例えば、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ガラス化合物、またはそれらの組合せ等の添加物の低減または排除を可能にする。ジルコン先駆体は、もし存在するときは、例えばジルコニウム水和物等のジルコニウム含有化合物、および、例えばテトラエトコシシラン等の少なくとも一種類の珪素含有化合物を含むことができる。

以上、図示のおよび限定された実施の形態に関して本発明を詳細に説明しが、本発明はこれらに限定されるものではなく、添付の請求項に規定された本発明の精神および範囲から離れることなしに種々の変形が可能なことを理解すべきである。

１０，１００ アイソパイプ
１０２ 供給パイプ
１０４ トラフ
１０６ 耐熱体
１０７ 頂部
１０８ 底部
１１０ 近接端部
１１２ 遠隔端部
１２０ 空洞

Claims (7)

1. 溶融ガラスのためのフュージョン法に用いられ、かつ圧縮荷重が印加されるアイソパイプであって、
   前記圧縮荷重の少なくとも一部が印加されるように構成された近接端部、
   前記圧縮荷重の少なくとも一部が印加されるように構成された遠隔端部、
   少なくとも一部が前記溶融ガラスを受容するように構成された収集トラフを画成する頂部、および
   該頂部に対向する底部
   を備えた耐熱体を有し、
   前記耐熱体は、前記近接端部と前記遠隔端部との間に配置されて前記頂部と前記底部との間の少なくとも一部分において長手方向に延びる空洞を備え、この空洞は、断面積が、該空洞の少なくとも一部分の長手方向の長さに沿って変化しており、
   前記空洞の少なくとも一部分が、前記耐熱体の長手方向の長さの少なくとも中央部分に関し、前記耐熱体の前記近接端部および前記遠隔端部のそれぞれに印加される圧縮荷重によって前記耐熱体上にかかる荷重曲げモーメントが前記耐熱体の重量および前記溶融ガラスの重量によって前記耐熱体上にかかる重力曲げモーメント以上となるような断面形状になっていることを特徴とするアイソパイプ。
2. 前記空洞の少なくとも一部分が、前記耐熱体の長手方向の長さに亘って、前記耐熱体上にかかる前記荷重曲げモーメントが前記耐熱体上にかかる前記重力曲げモーメント以上となるような断面形状になっていることを特徴とする請求項１記載のアイソパイプ。
3. 前記耐熱体の断面が該耐熱体の長手方向軸線に対してほぼ直角な中立軸を有し、前記空洞の少なくとも一部分の何れの断面に印加される前記荷重曲げモーメントも、前記圧縮荷重に、前記中立軸から前記圧縮荷重の作用線までの距離を乗算したものにほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２記載のアイソパイプ。
4. 前記空洞が下面および上面を有し、該下面の中央部分の少なくとも１部が湾曲形状を有し、かつ該下面の中央部分は、前記空洞の両端に対して前記耐熱体の長手方向軸線から下方に離れており、該上面の少なくとも一部分が湾曲形状を有し、かつ該上面の中央部分は、前記空洞の両端に対して前記耐熱体の別の長手方向軸線から下方に離れていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のアイソパイプ。
5. 前記空洞が下面および上面を有し、該下面の中央部分の少なくとも１部が湾曲形状を有し、かつ該下面の中央部分は、前記空洞の両端に対して前記耐熱体の前記長手方向軸線から下方に離れており、該上面は、前記空洞の両端に対して前記耐熱体の前記長手方向軸線と実質的に平行であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のアイソパイプ。
6. 前記耐熱体の断面に関し、前記上面の湾曲部分の相対曲率が、前記下面の湾曲部分の相対曲率よりも小さいことを特徴とする請求項４記載のアイソパイプ。
7. 前記耐熱体がジルコン耐熱材料を含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載のアイソパイプ。

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