KR101618390B1 - 치수 안정성이 향상된 아이소파이프 - Google Patents

Abstract

용융 공정을 사용해 유리 리본(19)을 성형하기 위한 아이소파이프(13)는 트로프(11)와, 제 1 위어(1) 및 제 2 위어(2)를 포함하여 제공된다. 각각의 제 1 위어(1)와 제 2 위어(2)는 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어의 길이부의 적어도 한 부분을 따라서 뻗어있는 개구(35)를 구비한다. 개구(35)는 제 1 위어(1)와 제 2 위어(2)의 내측을 냉각시켜서 그 크리프율을 감소시키도록 사용될 수 있다. 선택적으로, 개구(35)는 제 1 위어와 제 2 위어를 안정화시키기 위해 구성 부재(41, 42)를 포함한다. 특정 실시예에 있어서, 구성 부재(41, 42)는 개구(35)를 완전하게 채우지 않으므로 기계적인 지지부와 내측 온도 감소의 조합을 통한 위어 안정화가 가능하게 된다.

Description

치수 안정성이 향상된 아이소파이프{Isopipes Having Improved Dimensional Stability}

본 발명은 용융 공정을 사용하여 시트 유리 제조에 사용되는 아이소파이프에 관한 것이고, 특히, 아이소파이프가 사용되는 동안에 상기 아이소파이프에 나타나는 치수 변화를 제어하기 위한 기기와 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 참조의 용이성을 위해, 용융 공정에 사용된 성형기를 기술하는데 오랫동안 사용되어 온 "아이소파이프"라는 표현을 사용하여 기술되었다. 이러한 용어의 사용은 등압 압축성형(isostatic pressing)으로 생산되는 성형기에 관한 본 발명을 한정하려는 것은 아니며, 이로서만 본 발명이 이해되어야 되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.

오히려, 청구범위(또한, 실시예 참조)에 설명된 바와 같이, 성형기가 만든 재료 및/또는 이들 재료가 처리되는 방식과 무관하게, 본 발명은 용융 공정에 사용된 모든 타입의 성형기에 적용가능하다.

또한, 기재의 편리를 위해, 아이소파이프(성형기)는 1) 상기 성형기의 제 1 위어(weir)와 제 2 위어를 포함하는 제 1 부, 그리고 2) 상기 성형기의 웨지 형상부를 포함하는 제 2 부로 이루어져 처리된다. 제 2 부는 또한 제 1 외측 표면과 제 2 외측 표면을 구비하고, 상기 제 1 외측 표면은 제 1 위어의 외측 표면과 연속이고, 상기 제 2 외측 표면은 제 2 위어의 외측 표면과 연속이다. 이러한 용어가 단지 기재를 용이하게 하기 위해서만 사용되었기 때문에, 제 1 부와 제 2 부 사이의 전이의 정확한 위치는 중요하지 않고, 위어의 하부 아래 그리고 성형기의 웨지 형상부의 하부 위의 어느 한 위치에 놓여져 있다고 고려될 수 있다.

LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 평평한 패널 디스플레이의 제조자는 복수의 디스플레이, 예를 들면, 6개 이상의 디스플레이를 동시에 한번에 생산하기 위해 유리 기판을 사용한다. 기판의 폭은 단일의 기판으로 제조될 수 있는 디스플레이의 갯수를 한정하고, 이에 따라 경제 규모가 증가됨에 따라 기판 폭이 증가하게 된다. 또한, 디스플레이 제조자는 보다 큰 크기의 디스플레이의 필요성이 증대됨에 따라 이를 만족시키기 위하여, 보다 광폭의 기판을 필요로 한다.

더욱이, 이러한 제조자는 보다 고온에서 처리되는 결정질의 실리콘 장치로 사용될 수 있는 유리 기판을 찾고 있다. 특히, 디스플레이 제조 동안에 압밀되지 않는 고 스트레인점(strain point) 유리 조성이 필요하게 된다. 이러한 유리는 일반적으로 보다 높은 성형 온도를 필요로 하므로, 이러한 높은 성형 온도를 견딜 수 있는 유리 성형 공정이 필요하게 된다.

용융 공정은 시트 유리를 만드는 유리 제조 기술에 사용되는 기본적인 기술 중의 한 기술이다. 예를 들면, 보스톤에 위치한 Academic Press, Inc.社가 1994년 출판한 저자 Varshneya, Arun K의 "Flat Glass, Fundamentals of Inorganic Glasses", 챕터 20, 섹션 4.2, 534-540줄, 참조하기 바란다. 예를 들어, 기술상 알려진 여러 공정과 비교하면, 플로트(float) 및 슬롯 인발 공정, 용융 공정에 의해 유리 시트가 제조되고 상기 유리 시트의 표면은 평탄도와 매끈함이 뛰어나다. 이 결과, 용융 공정은 LCD의 제조에 사용되는 유리 기판의 제조에 특히 중요하게 되었다.

용융 공정, 보다 상세하게는, 오버플로 하향인발 용융 공정(overflow downdraw fusion process)은 Stuart M. Dockerty에게 허여된 미국 특허문헌 제3,338,696호 및 제3,682,609호에 개시되어 있다. 상기 미국 특허문헌 제3,338,696호 및 제3,682,609호의 개략적인 인발 공정이 도 1에 도시되어 있다. 상기 특허문헌에 기재된 바와 같이, 시스템은 공급 파이프(9)를 포함하며, 상기 공급 파이프는 용융된 유리를 아이소파이프(13)에 형성된 수집 트로프(11, collection trough)에 제공한다.

용융된 유리는 일단 안정적인 상태로 작동되면, 공급 파이프로부터 트로프까지 통과하고 이후 양 면상에서 상기 트로프의 상부를 오버플로하여, 아이소파이프의 외측 표면을 따라서 하향 내측으로 유동하는 2개의 리본의 유리를 형성한다. 2개의 리본은 아이소파이프의 하부나 루트(15)에서 만나고, 상기 루트에서 상기 2개의 리본은 단일의 리본으로 함께 용융된다. 단일의 리본은 인발 설비(화살표 17로 개략적으로 지시됨)로 이송되며, 상기 인발 설비는 상기 리본의 두께와 이에 따른 최종 시트를, 상기 리본이 루트로부터 인발되는 속도로 제어한다. 인발 설비는, 단일의 리본이 상기 인발 설비와 접촉하기 이전에 냉각되어 강성을 갖게 되도록, 루트의 아래쪽에 위치한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 최종 유리 리본의 외측 표면은 공정이 진행되는 어느 동안에 아이소파이프의 외측 표면의 일부와 접촉하지 않는다. 오히려, 이들 외측 표면은 주위 분위기만을 고려한다. 최종 리본을 형성하는 2개의 반쪽 리본의 내측 표면은 아이소파이프와 접촉하지만, 이들 내측 표면은 아이소파이프의 루트에서 함께 용융되고 이에 따라 최종 리본의 몸체 내에 묻힌다. 이와 같이, 리본으로부터 절결된 최종 유리 시트의 외측 표면의 뛰어난 특성이 달성되게 된다.

상기 기재로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 아이소파이프(13)는 연속의 용융 공정에 중요하다. 특히, 아이소파이프의 외형 변화가 전반적인 연속 공정에 영향을 미치기 때문에, 상기 아이소파이프의 치수 안정성은 상당히 중요하다. 현저하게, 아이소파이프가 사용되는 상태의 조건은 치수 변화에 민감한 경향이 있다. 아이소파이프는 전형적으로 대략 1000℃ 이상의 상승된 온도에서 작동한다. 더욱이, 아이소파이프는 이들 상승된 온도와 적어도 여러 인장력에서 작동하는 한편, 상기 아이소파이프 자신의 무게뿐만 아니라 상기 아이소파이프의 측면과 트로프(11)에서 오버플로하는 용융된 유리의 무게를 지지하며, 상기 적어도 여러 인장력은 용융된 유리가 빼내짐에 따라 상기 용융된 유리를 통해 아이소파이프로 다시 전달된다. 생산될 유리 시트의 폭에 따라, 아이소파이프는 2.0미터 이상의 지지되지 않는 길이를 구비할 수 있다.

이러한 요구 조건에 만족하기(withstand) 위하여, 아이소파이프(13)는 내화 재료의 등압으로(isostatical) 가압된 블럭(이후, "아이소-파이프"라 함)으로부터 제조된다. 특히, 등압으로 가압된 지르콘 내화물질이 용융 공정 동안에 아이소파이프를 형성하도록 사용되고 있다.

이러한 고성능 재료조차도, 실제로, 아이소파이프는 그 사용 수명을 한정하는 치수 변화가 나타난다. 예를 들면, 아이소파이프는, 상기 파이프의 지지되지 않은 길이부의 중앙부가 그 외측 지지 단부 아래로 떨어지도록, 처짐(sag)을 나타낸다. 이들 치수 변화는 아이소파이프의 루트를 따라서 그리고 파이프 최상부에서의 위어를 따라서 발생한다.

상기 사항을 감안하면, 보다 큰 폭을 갖고 및/또는 보다 고 스트레인점을 갖는 유리로 이루어진 유리 시트를 생산하고 효과적으로 및 경제적으로 사용되는 용융 공정을 허용할 수 있는 성형기와 방법이 필요하게 되었음을 알 수 있다. 특히, 아이소파이프의 치수 안정성을 향상시켜서 그 사용 수명을 연장시키고 이에 따라 공정 정지 시간(process down time)과 아이소파이프 교체 비용을 최소화할 필요가 있다.

본 발명의 제 1 특징에 따르면, 본 발명은 용융 공정으로써 유리 리본(19)을 성형하기 위한 성형기(예를 들면, 아이소파이프(13))를 제공하는 것이며, 상기 성형기는:

내측 표면(25), 상부 표면(27), 및 외측 표면(29)을 각각 구비하고 있는 제 1 위어(1) 및 제 2 위어(2), 그리고 트로프(11)를 포함한 제 1 부(21); 및

상기 제 1 위어(1)의 상기 외측 표면(29)과 연속인 제 1 외측 표면(31)과, 상기 제 2 위어(2)의 상기 외측 표면(29)과 연속인 제 2 외측 표면(32)을 구비한 제 2 부(23)를 포함하고, 상기 제 1 외측 표면(31)과 제 2 외측 표면(32)은 상기 제 2 부(23)의 적어도 일부(33)가 웨지-형상의 단면을 갖도록 서로를 향해 있고,

각각의 상기 제 1 위어(1) 및 상기 제 2 위어(2)는 개구(35)를 포함하며, 상기 개구는:

(i) 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어의 적어도 일부의 길이방향을 따라서 뻗어있고,

(ⅱ) 적어도 일부의 상기 개구(35)가 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어의 내측 표면(25)과 외측 표면(29) 사이에 위치한다.

본 발명의 제 2 특징에 따르면, 본 발명은 용융 공정을 사용하여 유리 리본(19)을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 유리 리본을 제조하는 방법은:

(A) 용융된 유리를, 제 1 위어(1) 및 제 2 위어(2)를 포함한 성형기(예를 들면, 아이소파이프(13))에 제공하는 단계,

(B) 상기 제 1 위어(1) 및 상기 제 2 위어(2)를 냉각하기 위해, 유체(예를 들면, 가스나 가스 혼합물 또는 액체나 액체 혼합물)를 상기 개구(35)에 통과시키는 단계를 포함하고,

각각의 상기 위어는:

(i) 내측 표면(25),

(ⅱ) 상부 표면(27),

(ⅲ) 외측 표면(29); 및

(ⅳ) 개구(35)를 포함하고,

상기 개구는:

(a) 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어의 길이방향의 적어도 일부를 따라서 뻗어있고,

(b) 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어의 내측 표면(25)과 외측 표면(29) 사이에 위치한 적어도 일 부분을 포함한다.

특정 실시예에 있어서, 제 1 위어(1) 및 제 2 위어(2)의 개구(35)는 상기 개구를 완전하게 또는 부분적으로 채우는 구성 부재(41, 42)를 포함할 수 있다. 구성 부재는 솔리드형이거나 중공형일 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 성형기의 몸체는 또한 구성 부재(45)를 포함하는 하나 이상의 개구(43)를 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 기재에 사용된 부재번호는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 보다 일반적으로, 상기 기재한 일반적인 사항과 아래 기재한 바람직한 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이고 본 발명의 속성과 특성에 대한 개략적인 이해를 돕기 위한 것이라는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 부가 특징과 장점은 아래의 바람직한 실시예에 기재되어 있고, 당업자라면 부분적으로 상기 기재한 사항으로부터 명확하게 알 수 있거나 본 명세서에 기재된 바와 같은 본 발명을 실행함으로써 알 수 있을 것이다. 또한 첨부한 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 본 명세서에 포함되어 있고, 본 명세서의 일부를 이룬다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 명세서에 개시되고 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 다양한 특징은 모두 조합하여 사용되거나 임의로 조합하여 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 1은 평평한 유리 시트를 만들기 위하여, 오버플로 하향인발 용융 공정에 사용되는 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 8은 개구가 냉각 유체 및/또는 구성 부재를 수용하도록 형성되어 있는 상태로, 위어를 구비한 아이소파이프의 대표적인 실시예를 개략적인 단면도로 도시한 도면이다.
상기 도면에 사용된 부재 번호는 아래 표 1에 설명되어 있다.

상기 기재한 바와 같이, LCD 기판을 만드는 바람직한 방법은 용융 공정을 사용하는 것이고, 이 용융 공정에서 용융된 유리가 아이소파이프로 알려진 것과 같은 큰 세라믹 구조체 위를 통과함으로써 리본으로 성형된다. LCD 기판은 현재 크기가 대략 2850mm x 3050mm인 상태에서, 계속해서 그 크기가 증가하고 있다. 크기(폭)의 증가는 각각 아이소파이프 길이의 증가에 대응한다.

보다 큰 아이소파이프에 대한 이러한 이동은 오랜 기간의 사용 수명을 갖는 아이소파이프의 능력에 대한 중요한 문제에 직면하게 하였다. 현 유리 조성을 위해, 아이소파이프의 위어가 전형적으로 대략 1220℃ 이상의 온도에서 작동하는 한편, 루트는 1180℃과 1140℃ 사이에서 작동한다. 이러한 고온의 조건에 의해, 아이소파이프의 내화 재료, 예를 들면, 지르콘이 크리프(creep)를 겪게 된다. Gen 크기가 커질수록, 이에 따라 아이소파이프가 보다 더 대형이 되어, 보다 많은 크리프가 발생될 것이다.

스트레스 분석으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 근사값으로서, 아이소파이프의 절대값의 편차값(D)은 아이소파이프가 (1/hr의 단위)로 만들어지는 재료의 고유 크리프율

뿐만 아니라, 상기 아이소파이프가 사용되는 시간(t) 및 아이소파이프의 길이(L)와 높이(H)에 따라 결정되며, 여기서 (k)는 상수이다:

상기 방정식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 아이소파이프의 길이를 2배로 늘리면 동일한 아이소파이프 재료, 높이, 및 사용 시간에 대해 편차를 16배 증가시킨다.

이러한 편차의 증가는 아이소파이프 높이를 증가시킴으로써 잠재적으로 처리될 수 있다. 그러나, 아이소파이프 높이는 이미 산업 분야에서 현재 사용중인 아이소프레스 설비에 대해 근본적인 한계에 다다르고 있다. 크리프를 방지하기 위한 다른 하나의 접근법이 아이소파이프의 면들에 가해진 압축력을 향상시키는 것(본 출원인의 미국특허문헌 공개번호 제2003/0192349호 참조)이나, 그러나 이러한 접근법은 필요한 목표치 이하의 유리 유동을 초래할 수 있는 아이소파이프 설계에 상당한 제한을 초래한다. 다른 한 가능성은 전반적인 작동 온도를 낮추는 것이나, 이는 보다 낮은 온도에서 처리될 수 있는 새로운 유리 조성의 개발이 필요로 한다. 결론적으로, 아이소파이프를 제조하는데 사용된 세라믹 재료의 크리프율은 향상된 재료의 개량을 통해 감소될 수 있다(본 출원인의 PCT 특허 공개번호 제WO 2002/044102호 참조). 그러나, 이러한 경우에서조차도, 향후 기판의 크기와 아이소파이프 설계는 세라믹 재료를 충분히 긴 사용 수명을 달성할 수 없는 영역으로 계속 가압할 수 있다.

상기 기재한 바와 같이, 작동 중에, 아이소파이프의 최고온의 부분은 통상적으로 위어이다. 예를 들면, 상기 기재한 참고문헌 국제공개번호 WO 2002/044102호에 기재된 바와 같이, 지르콘 내화물질(뿐만 아니라 여러 높은 온도 내화물질)의 크리프율은 온도와 더불어 증가한다. 따라서, 아이소파이프의 몸체에 비해, 위어는 최고의 크리프율을 나타낼 것이다.

더욱이, 사용되는 동안에, 위어는 중력에 따른 하향력 뿐만 아니라 아이소파이프의 트로프에 수용된 용융된 유리에 따른 외력(bulging forces)을 받게 된다. 더욱이, 위어는 2개의 외력을 받을 뿐만 아니라, 상기 위어의 두께는 아이소파이프의 몸체의 두께보다 매우 얇아서, 특히 항상 치수 안정성을 갖는 위어를 만들 수 있다.

이러한 치수 변화의 용이성을 보상하기 위한 하나의 가능한 접근법은 보다 두꺼운 위어를 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 접근법은 필요한 목표치 이하의 유리 유동을 초래할 수 있는 아이소파이프 설계에 상당한 제한을 초래할 수 있다.

아이소파이프의 몸체의 지지 로드와 구멍의 사용을 통해 상기 아이소파이프의 처짐을 감소시키는 여러 제안이 있다. 미국 특허 제3,437,470호; 일본 특허 공개번호 제11-246230호; 일본 특허 공개번호 제2006-298736호; 일본 특허 공개번호 제2006-321708호; 및 일본 특허 공개번호 제2007-197303호를 참조하기 바란다. 분명하게도, 상기 기재한 특허문헌들 어느 것도 1) 위어가 통상적으로 노출되는 보다 고온의 작동 온도, 2) 위어가 수직 방향의 변형력과 수평 방향의 변형력을 받게 된다는 사실, 그리고 3) 아이소파이프의 잔여부에 비해 상기 위어의 상대적인 두께의 결과로서, 상기 위어의 치수가 보다 용이하게 변할 수 있다는 것을 인식하지 못하고 있다. 이와 유사하게, 상기 기재한 특허문헌들은 이러한 문제점에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있다.

본 발명은 특히 하나 이상의 개구를 각각의 위어에서 포함함으로써 위어의 불안정성에 대한 문제점을 처리할 수 있다. 최초 장점으로서, 개구는 위어의 무게를 감소시키고 이에 따라 상기 위어 상에서의 관련 처짐-생성 부하를 감소시킨다.

더욱이, 특정 실시예에 있어서, 개구는 위어를 만드는 세라믹 재료의 내측 온도를 감소시키는데 사용된다. 예를 들면, 위어의 공칭 온도보다 낮은 제어된 온도의 유체가 제어된 유동율로 개구를 통과할 수 있다. 아래 기재한 바와 같이, 위어를 만드는 재료의 온도에서의 비교적 작은 변화조차도 재료의 크리프율에 상당한 영향을 미칠 수 있다.

유체는 질소와 같은 불활성 가스이거나, 또는 몰리브덴이 사용된다면 상기 비-불활성 가스에 노출되지 않게 제공된 공기와 같은 비-불활성 가스이거나, 또는 물과 같은 액체일 수 있다. 가스나 액체 혼합물은 또한 필요하다면 사용될 수 있다. 여러 경우에 있어서, 액체의 열용량이 보다 크기 때문에, 가스보다 보다 더 효과적이다.

용융된 유리가 아이소파이프에 들어가는 입구 단부가 아이소파이프의 말단부 보다 통상적으로 고온이기 때문에, 비록 여러 경우에 있어서 유체가 아이소파이프의 입구 단부에서 시작되는 개구를 통과하는 것이 바람직할지라도, 유체는 개구를 어느 한 방향으로 통과할 수 있다. 유체가 입구 단부로부터 보다 많은 열을 포함한다면, 위어를 따르는 열 구배를 매끈하게 하는데 도움이 되고 이에 따라 유리 유동 제어에 도움이 될 수 있다. 또한, 유체가 입구 단부에 위치한 개구에 들어가게 되면 용융된 유리의 온도를 입구에서 감소시키는데 도움이 될 수 있고, 이는 특정 경우에 바람직하다. 또한 유체는 열교환기 구성부의 사용을 통해 개구를 다수 통과할 수 있다. 예를 들면, 유체는 주위 환형부와 연결된 중앙 보어를 구비한 튜브로 안내될 수 있다. 유체는, 예를 들면, 중앙 보어 아래를 통과하고 환형부를 통해 되돌아 간다. 이와 같이, 열은 보다 효과적으로 유체로 이송될 수 있다. 선택적으로, 유체가, 먼저 환형부를 통해 통과될 수 있고 두번째로 중앙 보어를 통해 통과될 수 있다. 물론, 보다 복잡한 열 교환기 구성부가 필요에 따라 사용될 수 있다.

여러 실시예에 있어서, 개구가 위어를 만드는 재료보다 낮은 크리프율을 갖는 재료로 이루어진 구성 부재를 수용하도록 사용된다. 구성 부재는 솔리드형일 수 있고, 개구의 단면을 완전히 채우거나 부분적으로 채울 수 있다. 개구를 부분적으로 채우는 경우에 있어서, 개구의 채워지지 않는 부분은, 구성 부재와 위어 재료 양자를 냉각시키기 위하여, 예를 들면, 개구의 채워지지 않은 부분과 이에 따라 상기 구성 부재의 노출된 표면 및 상기 개구의 내측 벽부 상에 유체를 통과시킴으로써, 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 구성 부재는 중공일 수 있고 그 외측 외피부는 개구의 단면을 완전히 또는 부분적으로 채울 수 있다. 어느 한 경우에 있어서, 구성 부재의 중공부는 예를 들면, 유체를 상기 구성 부재의 내측을 통과시킴으로써, 냉각에 사용할 수 있다. 중공의 구성 부재의 외측 외피부만이 개구의 단면을 부분적으로 채운다면, 개구의 채워지지 않은 부분이 또한 냉각을 위해 사용될 수 있다.

폐쇄된 일 단부나 양단부를 구비한 개구가 본 발명에 사용되었지만, 예를 들면, 냉각 유체가 열 교환기 구성부를 통과했을 때, 개구는 위어의 전체 길이부를 통해 통상적으로 뻗어있다. 구성 부재가 위어 내에 포함될 수 있거나 또는 상기 위어를 넘어 뻗어있을 수 있고 일단부 상에서 바람직하게는 양단부 상에서 지지 구성부와 결합한다.

(구성 부재를 구비하거나 구비하지 않는) 각각의 위어의 개구에 더하여, 아이소파이프는 상기 아이소파이프의 몸체에서, 즉, 위어 아래의 레벨에서 하나 이상의 개구를 포함할 수 있다. 개구가 위어에 형성됨에 따라, 몸체에 형성된 개구는 상기 개구를 완전히 또는 부분적으로 채울 수 있는 구성 부재를 포함할 수 있다. 또한, 위어의 개구와 같이, 몸체의 개구가 아이소파이프의 몸체를 이루는 재료의 크리프율을 감소시키기 위해 아이소파이프의 내측 냉각에 사용될 수 있다.

위어의 개구와 아이소파이프(사용될 경우)의 몸체는 아이소파이프, 바람직하게는 블랭크로 드릴링 가공된 코어로 제조될 수 있으며, 상기 블랭크를 통해 아이소파이프가 형성되거나 블랭크가 제조되는 동안에 제 위치에 형성될 수 있다.

아이소파이프용 세라믹 블랭크를 제조하기 위한 통상적인 공정은 복수 단계의 공정이다. 예를 들면, 바인더와 함께 여러 세라믹 재료나 지르콘의 뱃치 재료는 예를 들면, 분무 건조로 제공될 수 있다. 이후 뱃치 재료는 가요성 백에 배치되어 진동압축되어 파티클이 착좌되어 초기 압밀될 수 있다. 가요성 백은 이후 기밀 실링되고 상온 등압 압축성형 상태로 배치되어, 구조체를 보다 완전하게 압밀하게 된다. 압밀된 구조체는 이후 높은 온도에서 조밀한 세라믹으로 구워진다.

이러한 타입의 공정은 맨드릴로 작용하는 아이소프레스 백(isopress bag)에, 예를 들면, 고체상태의 또는 발포식 천연 폴리머나 합성 폴리머의 그래파이트나 여러 가연성 재료로 이루어진 하나 이상의 로드를 배치시킴으로써, 개구를 블랭크에 만들도록 변경될 수 있다. 이후, 뱃치는 로드 주위로 주입되고 진동압축되어, 뱃치 파티클이 보다 조밀하게 패키지된 구조체에 배치될 수 있다. 가요성 백은 기밀되도록 시일되고 아이소프레스(isopresse)된다. 압밀된 뱃치와 로드가 노(furnace)에 배치된 이후에 높은 온도로 소결된 이후에 상기 로드를 먼저 태워버린다. 선택적인 공정에 있어서, 뱃치 바인더는 구조체의 예비소결 이후에 먼저 태워져 버릴 수 있다. 실내 온도를 냉각한 이후에, 로드는 높은 온도로 소결된 이후에 블랭크로부터 제거된다.

개구는 예를 들면, Gen 10 아이소파이프에 대해 수 밀리미터 내지 수 인치의 범위를 갖는 다양한 크기를 가질 수 있다. 일반적으로, 개구의 목적이 유체를 상기 개구에 통과시킴으로써 아이소파이프의 내부를 냉각하는 것일 경우, 보다 작은 개구가 사용된다. 상기 기재한 바와 같이, 이러한 유체 유동은 아이소파이프의 내부로부터의 열을 추출하기 위한 수단을 제공하여, 상기 아이소파이프의 내측 온도를 낮추고 재료 크리프를 감소시킨다. 작은 온도 변화가 아이소파이프의 크리프 레벨을 상당히 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 표 2에 도시된 바와 같이, 지르콘의 경우에, 1250℃ 내지 1180℃의 온도 감소는 대략 50%의 크리프율 감소를 초래한다. 유체 유동에 필요한 양은 유체의 열용량, 유체의 온도, 요구되는 내측 온도 감소, 및 아이소파이프의 특정 외형에 따라 결정될 것이다. 특정 경우에 대한 유동율이 본 발명에 기초하여 당업자에게 용이하게 결정될 수 있다.

상기 기재한 바와 같이, 특정 실시예에 있어서, 개구는 구성 부재를 포함할 수 있다. 이들 구성 부재는 바람직하게 아이소파이프에 사용된 재료보다는 크리프를 감소시킬 수 있는 재료로 이루어진다. 예를 들면, 지르콘 아이소파이프의 경우에, 구성 부재는 Al₂O₃, SiN, SiC, 몰리브덴, 또는 섬유-강화 구성부와 같은 이러한 재료로 이루어질 수 있다. 몰리브덴 로드의 경우에 있어서, 로드는 예를 들면, N₂와 같은 불활성 분위기의 플래티늄 클래딩(cladding)되거나 블랭크되어, 산화를 감소시킨다. 이들 타입의 재료는 1250℃에서 조차도 매우 낮은 크리프를 증명할 수 있고, 이에 따라 부가 지지부를 작동 중에 지르콘이나 내화물질로 이루어진 아이소파이프에 제공할 수 있다.

본 발명에 의해 제공된 여러 장점은 LCD 기판을 제조 시, 지르콘과 같은 검증된 재료를 연속해서 사용하는 능력이 제공된다는 것이다. 이러한 재료는 디스플레이 제조자에 의해 한정되는 유리 조성과 친화성이 있다고 알려졌다. 또한 본 발명은 아이소파이프에 대한 설계 한계(window)를 넓히는 것이다. 예를 들면, 감소된 높이를 갖는 아이소파이프는 처짐과 이에 따른 작동 수명에 영향(impact)을 주지 않으면서 제조될 수 있다. 이러한 구성은 아이소파이프 자체와 용융기의 전체 크기에 의해 비용을 감소시킨다. 감소된 높이는 또한 본 출원인의 PCT 특허 국제공개번호 WO03/055813호에 개시된 바와 같은 제 2 크리스탈을 성형하는 기회를 감소시키는데 도움이 될 수 있다.

본 발명이 임의의 방식으로 한정되지 않은 상태로, 본 발명은 또한 도 2 내지 도 8에 도시된 실시예로 설명되어 있다.

도 2에는 제 1 위어(1)와 제 2 위어(2)의 개구(35)와, 아이소파이프의 몸체의 개구(43)를 사용하는 실시예가 도시되어 있다. 제 1 위어(1) 및 제 2 위어(2)의 개구(35)는 구성 부재(41 및 42)로 각각 완전하게 채워지는 한편, 개구(43)는 구성 부재(45)로 완전하게 채워진다.

도 3은 도 2의 실시예에 대한 변형예를 도시한 도면으로서, 상기 도 3에서 제 1 위어(1)와 제 2 위어(2)의 개구(35)가 다른 개구(37)에 의해 서로 연결되며, 개구(35)와 같은 상기 개구(37)는 구성 부재로 채워진다. 이러한 실시예 또한 도 2에서와 같은 직사각형 구성과 달리 원형 구성인 개구(43)를 사용한다.

도 4에는 아이소파이프의 내부 부분을 냉각하는데 사용하기에 적합한 일 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예는 5개의 비교적 작은 개구를 사용하며, 이 개구 중 2개, 즉 개구(35)는 위어에 위치되고, 상기 5개의 개구 중 3개, 즉 개구(43)는 아이소파이프의 몸체에 위치된다.

도 5에는 냉각에 적당한 개구를 다시 사용하는 도 4의 실시예에 대한 변형예가 도시되어 있다. 이러한 실시예는 아이소파이프의 몸체의 하나의 비교적 큰 개구(43)와, 제 1 위어(1)와 제 2 위어(2)의 타원형의 개구(35)를 사용한다.

도 6은 구성 부재(41 및 42)가 개구(35)로 유도되고 구성 부재(45)가 개구(43)로 유도되는 도 5의 변형예를 도시한 도면이다. 냉각 유체는 개구의 채워지지 않은 부분을 통과할 수 있거나, 구성 부재만이 아이소파이프의 처짐을 감소시키도록 사용될 수 있다.

도 7 및 도 8에는 도시된 바와 같이 타원형상으로 사용될 수 있는 중공의 구성 부재가 도시되어 있다. 중공의 구성 부재를 사용하면, 구성 부재의 무게가 감소된다는 장점이 있다. 또한, 냉각 유체가 필요하다면, 구성 부재의 중앙부를 통과할 수 있다. 구성 부재의 외측 외피부가 개구를 채우는지의 여부와 무관하게, 구성 부재의 중공부는 개구의 채워지지 않은 부분을 구성함을 알 수 있다.

본 발명의 범주와 범위 내에서 이루어지는 여러 다양한 변경은 상기 기재한 사항 내에 포함된다는 것은 당업자에게 자명하다. 예를 들면, 비록 본 발명이 아이소파이프에 의해 도시되어 있지만(상기 아이소파이프의 위어는 수직면을 가짐), 또한 경사면을 갖는 위어를 구비한 아이소파이프, 예를 들면, 파이프의 외측 표면 상의 코너가 파이프의 웨지 형상부의 상단부에 없는 상태로 V자 단면 형상이나 Y자 단면 형상을 갖는 아이소파이프에 적용가능하다. 이와 유사하게, 비록 단일의 아이소파이프가 도 2 내지 도 8에 도시되어 있지만, 2개 이상의 별도의 구성요소(동일하거나 상이한 재료로 이루어진) 아이소파이프가 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 아래 기재한 청구범위는 본 발명의 명세서에서 특정된 실시예를 커버하기 위한 것일 뿐만 아니라 이들 청구범위에 대한 여러 변경 및 수정을 커버하기 위한 것이다.

부재번호	구성요소
9	공급 파이프
11	트로프
13	아이소파이프
15	아이소파이프의 루트
17	인발 설비를 개략적으로 지시하는 화살표
19	유리 리본
21	아이소파이프의 제 1 부
23	아이소파이프의 제 2 부
25	위어의 내측 표면
27	위어의 상부 표면
29	위어의 외측 표면
31	아이소파이프의 제 2 부의 제 1 외측 표면
32	아이소파이프의 제 2 부의 제 2 외측 표면
33	웨지-형상의 단면을 갖는 아이소파이프의 제 2 부
35	개구
37	트로프 아래 놓인 다른 개구
41	제 1 구성 부재
42	제 2 구성 부재
43	부가 개구
45	부가 개구 내의 구성 부재

크리프율 (1/hr)	온도 (℃)	가해진 스트레스 (psi)
1.39E-6	1250	1000 (6895 KN/m2
0.633E-6	1180	1000 (6895 KN/m2

Claims (20)

1. 용융 공정을 사용하는 유리 리본 성형기로서,
   내측 표면, 상부 표면, 및 외측 표면을 각각 구비하고 있는 제 1 위어와 제 2 위어, 그리고 트로프를 포함한 제 1 부; 및
   상기 제 1 위어의 상기 외측 표면과 연속인 제 1 외측 표면과, 상기 제 2 위어의 상기 외측 표면과 연속인 제 2 외측 표면을 갖는 제 2 부를 포함하고,
   상기 제 1 외측 표면과 상기 제 2 외측 표면은, 상기 제 2 부의 적어도 일부가 웨지-형상의 단면을 갖도록, 서로를 향해 있고,
   각각의 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어는:
   (i) 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어의 적어도 일부의 길이 방향을 따라서 뻗어있고,
   (ⅱ) 개구의 적어도 일 부분이 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어의 내측 표면과 외측 표면 사이에 그리고 세라믹 재료의 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어를 통과해 위치하는 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 공정을 사용하는 유리 리본 성형기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어의 상기 개구가 상기 트로프 아래 놓인 부가 개구에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 용융 공정을 사용하는 유리 리본 성형기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 성형기는 상기 제 1 위어 및 상기 제 2 위어를 안정화시키기 위한 제 1 구성 부재와 제 2 구성 부재를 더 포함하고, 상기 제 1 구성 부재는 상기 제 1 위어의 상기 개구 내에 위치하고 상기 제 2 구성 부재는 상기 제 2 위어의 상기 개구 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 용융 공정을 사용하는 유리 리본 성형기.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제 1 구성 부재와 상기 제 2 구성 부재는, 상기 성형기의 작동 온도에서 상기 제 1 위어와 상기 제 2 위어가 만들어지는 재료에 의해 나타나는 크리프보다 낮은 크리프를 나타내는 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 용융 공정을 사용하는 유리 리본 성형기.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 구성 부재는 중공인 것을 특징으로 하는 용융 공정을 사용하는 유리 리본 성형기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 부와 상기 제 2 부는 단일 몸체의 재료 부분인 것을 특징으로 하는 용융 공정을 사용하는 유리 리본 성형기.
   
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