KR101640236B1

KR101640236B1 - 세장형 유리 본체를 성형하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101640236B1
Application number: KR1020130094016A
Authority: KR
Inventors: 라이너 바르취; 랄프 비르자크; 볼프강 풀쯔; 차바 데브레크제니
Original assignee: 쇼오트 아게
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2016-07-18
Also published as: CN103570227A; EP2695862A2; DE102012107338A1; TWI547452B; JP2014034514A; US20140041413A1; JP5956393B2; TW201406677A; EP2695862B1; US9139464B2; DE102012107338B4; KR20140020780A; EP2695862A3; CN103570227B

Abstract

본 발명은, 유리 튜브 또는 유리 막대이며 초기 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체(81)를 성형하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 적절히 성형되도록, 세장형 유리 본체(81)는 뜨거운 가단 상태에서, 스퀴징 롤러(1)에 의해 형성되고 그리고 초기 프로파일의 외부 치수보다 작은 닙 폭을 갖는, 닙을 통과한다.
성형 프로세스의 향상된 정밀도를 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 스퀴징 롤러 중 적어도 하나의 스퀴징 롤러의 위치는, 각각의 스퀴징 롤러와 뜨거운 유리 본체 사이의 접촉 영역이 연속적으로 변화되도록, 주기적인 왕복 운동으로 변화된다. 따라서, 스퀴징 롤러의 국부적인 과열과 같은 불리한 영향을 방지하거나, 스퀴징 롤러의 표면 상에 먼지 또는 유리 입자가 축적되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

세장형 유리 본체를 성형하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SHAPING AN ELONGATED GLASS BODY}

관련출원의 상호참조

이 출원은 2012년 8월 9일자로 출원된 "세장형 유리 본체를 성형하기 위한 방법 및 장치와 그 사용"인 독일 특허출원 제10 2012 107 338호의 우선권을 청구하며, 그 전체 내용이 여기에 참조인용된다.

본 발명은 전체적으로 초기 프로파일을 갖는 유리 본체를 뜨거운 가단(malleable) 상태에서 다른 프로파일을 갖는 유리 본체로 성형함으로써 세장형 유리 본체를 제조하는 것에 관한 것이다. 구제적으로는, 본 발명은 예를 들어 광학 촬상(imaging)을 위한 타원형 튜브 또는 플라노-콘벡스(plano-convex) 유리 본체로서 사용하기 위해, 높은 정밀도로 원형 형상과는 다른 프로파일을 갖는 유리 튜브를 제조하는 것에 관한 것이다.

이런 유리 본체를 위한 출발 물질(starting material)로서, 통상적으로 원형 프로파일을 갖는 유리 튜브 또는 유리 막대가 사용될 수 있으며, 이것은 그 후 뜨거운 가단 상태에서 원하는 프로파일로 변형 또는 성형된다.

DE 545 449 A호는 유리 튜브를 원형이 아닌 프로파일을 갖는 유리 튜브로 변형 또는 성형하기 위한 장치를 서술하고 있으며, 상기 유리 튜브는 가열된 상태일 동안 닙(nip)을 통해 이송된다. 성형 프로세스 중 닙을 형성하는 스퀴징(squeezing) 롤러의 조정은 서술되어 있지 않다. DE 1007962A호는 유리 튜브를 얇은 절연(insulating) 테이프 또는 절연층으로 성형하기 위한 대응 방법을 서술하고 있다.

JP 2006315919A호는 유리 튜브를 원형이 아닌 프로파일을 갖는 유리 튜브로 성형하기 위한 장치를 서술하고 있다. 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 위치는, 성형(변형) 프로세스 후 유리 튜브의 프로파일을 조정하기 위해 조정될 수 있다. 성형 프로세스 중 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 조정은 서술되어 있지 않다.

유리 튜브를 변형시킴으로써 소정의 프로파일을 달성하기 위해, DE 19856892A1호는 성형 프로세스 후 유리 튜브의 직경 및 벽 두께를 연속적으로 측정하고 또한 유리 튜브의 내부에 인가된 과압(overpressure)을 제어 또는 조절하도록 제안하고 있다. 성형 프로세스 중 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 조정은 서술되어 있지 않다.

출원인의 DE 102006015223B3호는 원형 프로파일과는 다른 프로파일을 갖는 유리 튜브를 제조하기 위한 방법 및 장치를 서술하고 있다. 여기에서, 초기 프로파일을 갖는 초기 유리 튜브[이른바, 프리폼(preform)]는 드로잉 벌브(drawing bulb)를 형성할 동안 먼저 뜨거운 구역을 통과하며, 그 후 한 쌍의 롤러에 의해 형성된 닙을 통과하며, 거기에서 드로잉 벌브는 다른 프로파일을 갖는 유리 튜브로 성형(변형)된다. 이 성형 프로세스는 실제로 초기 유리 튜브의 재드로잉(re-drawing)을 위한 프로세스이다. 재드로잉 프로세스 중, 유리 튜브의 드로잉 방향으로 및/또는 그것과 직교하는 방향으로 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 위치가 조정될 수 있다. 스퀴징 롤러의 위치의 이 조정은 성형 프로세스 후 유리 튜브의 일정한 프로파일을 달성하기 위한 것이다. 이 목적을 위해, 성형 프로세스 후 유리 튜브의 프로파일이 제어 또는 조절을 위한 파라미터로서 측정 및 사용될 수 있다. 그러나, 스퀴징 롤러의 위치의 조정은 아래에 서술되는 바와 같이 이 출원의 의미에서는 연속적이지 않다. 특히, 이 조정은 성형 영역에서 각각의 스퀴징 롤러와 뜨거운 유리 튜브 사이의 접촉 영역이 연속적으로 변화되도록 수행되지 않는다.

초기 유리 튜브가 높은 정밀도로 제조되더라도, 성형 프로세스 중 일반적인 상태 및 이런 일반적인 상태의 변동(fluctuation)은 높은 기하학적 정확도를 요구하는 용도에는 만족스럽지 않은 정밀도로 이어진다.

본 발명의 목적은 초기 유리 튜브 또는 초기 유리 막대를 소정의 다른 프로파일을 갖는 유리 튜브 또는 유리 막대로 훨씬 높은 정확도로 성형하기 위해 개선된 방법 및 개선된 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가적인 양태에 따라, 이런 유리 튜브 또는 유리 막대를 제조하기 위해 개선된 방법 및 개선된 장치도 제공될 것이다.

유리 튜브 또는 유리 막대이며 또한 초기 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체를 다른 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체로 성형하기 위한 방법에 있어서, 세장형 유리 본체는 뜨거운 가단 상태에서 닙을 통과하며, 닙은 스퀴징 롤러에 의해 형성되며 또한 초기 프로파일의 외부 치수보다 작은 닙 폭을 갖는다. 더 좁은 닙을 통과할 때, 유리 튜브 또는 유리 막대는 소정의 원하는 프로파일의 유리 튜브 또는 유리 막대로 성형(변형)된다. 따라서, 닙의 폭은 세장형 유리 본체의 단축(minor axis)을 따라 원하는 정확도를 달성하기 위해, 정확하게 미리 결정되고 유지된다. 공급된 유리의 양에 의해 유발되는 성형 프로세스 전의 변동 및 다른 효과는 유리 튜브 및 유리 막대의 큰(스퀴징되지 않은) 외경으로 "전달"된다(이것은 자주 그다지 중요하지 않음). 따라서, 치수가 닙의 연장의 방향으로 매우 정확하게 미리 결정될 수 있다.

본 발명에 따라, 스퀴징 롤러의 적어도 하나의 위치는 각각의 스퀴징 롤러와 뜨거운 유리 본체 사이의 접촉 영역이 연속적으로 변화되거나 바뀌도록, 연속적으로 변화된다. 본 발명에 따른, 놀라울 정도로 간단한 이러한 측정에 의해, 유리 본체는 훨씬 높은 정밀도로 제조될 수 있는데, 그 이유는 본 발명에 따라 뜨거운 유리와 스퀴징 롤러 사이의 접촉 영역이 연속적으로 변화되기 때문이다. 그 결과, 스퀴징 롤러의 의사(quasi) 정지 위치로 작동되는 종래의 스퀴징 유니트에 비해 다양한 문제들이 방지될 수 있다. 이 상황에서의 의사 정지는 특히 스퀴징 롤러와 뜨거운 유리 사이의 접촉 위치가 변화되지 않는 것을 의미한다. 따라서, 과열된 스퀴징 롤러, 작은 유리 입자 등에 의해 유발된 유리 표면의 손상 또는 긁힘은 스퀴징 또는 변형 중 유리 본체의 표면으로부터 파열(tear)될 수 있으며, 따라서 추가적인 성형 프로세스 또는 변형 프로세스에 영향을 끼치지 않는다. 통상적으로 닙의 상이한 폭으로 나타나고 따라서 접촉 영역의 변화로 인한 빈약한 공차(tolerance)로 나타나는 스퀴징 롤러의 표면 상의 다양한 온도도 또한 감소될 수 있다. 또한, 유리 본체와 스퀴징 롤러 사이의 접촉 표면의 바람직하지 않은 과열이 방지되며, 이것은 통상적으로 유리 본체의 외부면 상에 또렷하게 보이는 바람직하지 않은 "열 트랙(heat track)"으로 자주 나타난다. 또한, 스퀴징 롤러는 오랜 기간에 걸쳐 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따라, 그 재사용 전의 스퀴징 롤러의 기계적 폴리싱(polishing)은 요구된다고 하더라도 그 어떤 경우라도 자주 필요하지 않다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 유리 본체의 훨씬 매끄럽고 더욱 일정한 외부면도 달성될 수 있다.

그 연속적인 조정으로 인해, 일반적으로 스퀴징 롤러는 냉각 없이 작동될 수 있으며, 이것은 스퀴징된 유리 본체의 치수 정확도에 관해 종래 방법에서 추가적인 문제점을 자주 유발시켰다.

바람직하기로는, 닙이 각각 변위 가능하게 장착되고 또한 서로 평행하게 연장하는 2개의 마주 보는 스퀴징 롤러에 의해 형성되는 것이다. 일반적으로 본 발명에 따라 이들 2개의 스퀴징 롤러 중 오직 하나의 위치만 연속적으로 조정되더라도(축방향으로), 두 스퀴징 롤러의 위치가 연속적으로 바람직하게 조정되면(축방향으로) 충분할 수 있다. 두 스퀴징 롤러는 함께 그리고 서로 동기적으로(in synchronysm) 축방향으로 조정되는 것이 바람직하다.

각각의 스퀴징 롤러의 상술한 연속적인 조정을 달성하기 위해, 조정 장치 또는 드라이브(drive)가 각각의 스퀴징 롤러와 관련되며, 이것은 각각의 스퀴징 롤러에 커플링되고 또한 각각의 스퀴징 롤러와 뜨거운 유리 본체 사이의 접촉 영역이 연속적으로 변화되거나 바뀌도록 스퀴징 롤러를 조정한다.

다른 실시예에 따라, 각각의 스퀴징 롤러의 상술한 연속적인 조정은 닙을 형성하는 스퀴징 롤러들 사이에 실제 닙 폭을 유지하면서 수행될 수 있다. 이것은 또한 추가로 예를 들어 유리 본체의 일정한 외부 치수 또는 그 두께의 일정한 벽 두께를 달성하기 위해 이 닙을 형성하는 스퀴징 롤러들 사이의 닙의 폭이 제어되거나 조절되는 것도 배제하지 않는다. 그러나, 각각의 스퀴징 롤러의 조정 및 닙의 폭의 이런 제어 또는 조절은 서로 커플링되지 않으며 또한 완전히 상이한 목적을 위해 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 이것은 예를 들어 각각의 스퀴징 롤러(들)의 위치(들)의 연속적인 조정 및 닙의 폭의 제어 또는 조절에 포함된 상당히 상이한 시간 스케일(scale)로 나타날 수 있다.

다른 실시예에 따라, 상기 적어도 하나의 스퀴징 롤러 및 바람직하기로는 2개의 스퀴징 롤러의 위치는 소정의 함수(function)에 따라 스퀴징 롤러의 연속적인 축방향 조정에 의해 변화된다. 이 함수는 주로 정상 상태(steadily)로 수행되며 또한 예를 들어 톱니 또는 사인파형(sinusoidal) 신호에 따라 적절히 실행될 수 있으며, 이 목적을 위해 동일한 위치에서의 스퀴징 롤러(들)의 너무 긴 지속(persistence)이 방지되는 것을 보장해야 하는데, 그 이유는 그렇지 않을 경우 종래 성형 프로세스의 단점이 다시 발생하기 때문이다.

바람직한 다른 실시예에 따라, 상기 함수는 각각의 스퀴징 롤러의, 바람직하기로는 그 축방향으로 닙을 형성하는 두 스퀴징 롤러의 주기적인 왕복(reciprocating) 변위로서 수행된다. 이 왕복 변위는 시간에 맞춰 대칭인 것이 바람직하다.

다른 실시예에 따라, 상기 함수는 동일한 단계 사이즈(step size)의 별개의 단계들로 수행되며, 이것은 표준형 동기(synchronous) 모터 또는 스테퍼 모터 등을 사용한 함수의 실행을 선호한다.

다른 실시예에 따라, 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 회전 운동은 별도로 구동된다. 이것은 성형 프로세스 후 높은 정밀도로 유리 본체의 프로파일의 조정, 예를 들어 제조된 타원형 튜브의 타원형 형상의 정밀한 조정을 가능하게 한다. 스퀴징 롤러는 유리 본체가 닙을 통과하는 속도와 동기하여 구동되는 것이 바람직하다.

다른 실시예에 따라, 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 회전 운동은 동기적으로 또는 소정의 일정한 오프셋(offset)을 갖고 구동되므로, 유리 본체가 닙을 통해 드로잉되는 드로잉 속도를 변화시킬 수 있으며 또한 동시에 스퀴징 롤러의 속도를 자동으로 변화시킬 수 있다.

다른 실시예에 따라, 유리 본체의 상기 다른 프로파일의 외부 치수 및/또는 내부 치수가 닙의 하류에서 검출되며, 또한 뜨거운 가단성 유리 본체를 상기 다른 프로파일을 갖는 유리 본체로 성형하는 것과 관련한 파라미터는 상기 다른 프로파일의 외부 치수 및/또는 내부 치수를 일정하게 유지시키기 위해 상기 다른 프로파일의 검출된 외부 치수 및/또는 내부 치수에 따라 제어되거나 조절된다.

이 목적을 위해, 예를 들어 외부 치수 및/또는 내경이 광학 측정 방법에 의해 연속적으로 측정 및 모니터링될 수 있으며, 이것은 닙의 하류에서 수행되며 또한 닙을 통해 유리 본체를 드로잉하는 드로잉 장치의 상류에서 적절히 수행된다. 바람직하지 않은 변동의 경우, 관련한 파라미터는 그 후 균일한 높은 정밀도를 달성하기 위해 재조정되거나 재조절될 수 있다.

다른 실시예에 따라, 닙을 형성하는 스퀴징 롤러는 특히 그 실제 작동 특성 및/또는 그 외경에서 자동으로 측정되며, 또한 이들 스퀴징 롤러는 그 후 외경의 실제 작동 에러 및/또는 변동이 닙 폭에 기초하여 최소화되도록, 조절 수단에 의해 서로에 대해 위치된다.

다른 실시예에 따라, 이 파라미터는 닙의 폭, 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 각각의 회전 속도 또는 차동(differential) 회전 속도, 또는 유리 튜브로서 구체화된 가단성 유리 본체의 내부 체적에 적용된 과압일 수 있다.

다른 실시예에 따라, 유리 본체는 닙의 하류에서 검출된 외부 치수 및/또는 내부 치수에 따라 마킹되고(marked) 그리고/또는 분류된다. 따라서, 소정의 공차를 갖는 배치(batch)가 용이하게 제조될 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 유리 튜브 또는 유리 막대의 형태로 세장형 유리 본체를 제조(생산)하기 위한 방법에 관한 것이며, 그 방법에 있어서 상기 세장형 유리 본체는 유리 용융체(melt)로부터 초기 프로파일을 갖는 유리 튜브 또는 유리 막대로 드로잉되며, 또한 이 유리 튜브 또는 유리 막대는 그 후 뜨거운 가단 상태에서 위에 개략적으로 서술한 바와 같은 방법에 의해 다른 프로파일을 갖는 유리 튜브 또는 유리 막대로 성형(변형)된다.

스퀴징 롤러의 상술한 조정을 달성하기 위해, 적어도 하나의 조정 장치가 스퀴징 롤러, 바람직하기로는 각각의 스퀴징 롤러와 관련된다. 바람직한 실시예에 따라, 조정 장치는 병진(translation) 스테이지 및 상기 병진 스테이지를 조정하기 위한 조정 모터를 포함하며, 상기 스퀴징 롤러는 병진 스테이지 상에 지지되며, 상기 병진 스테이지는 스퀴징 롤러의 축방향으로 변위 가능하도록 장착되며, 또한 상기 조정 모터는 병진 스테이지를 조정함으로써 적어도 하나의 스퀴징 롤러의 상기 축방향 조정을 수행하도록 병진 스테이지에 커플링된다.

도 1은 본 발명에 따른 유리 튜빙(glass tubing)을 위한 제조 시설을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 장치의 정면도.
도 3은 도 2의 장치의 측면도.
도 4a는 성형 구역을 차폐하기 위해 사용되는 덮개가 없는, 도 2의 장치의 평면도.
도 4b는 성형 구역을 차폐하기 위해 사용되는 덮개를 갖는, 도 2의 장치의 평면도.
도 5a는 성형 구역을 차폐하기 위해 사용되는 덮개가 없는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 성형 장치의 정면 사시도.
도 5b는 성형 구역을 차폐하기 위해 사용되는 덮개를 갖는, 도 5a의 장치의 정면 사시도.
도 6은 스퀴징 롤러를 갖는 도 2의 장치의 상부 부분의 평면 사시도.
도 7a 내지 도 7c는 성형 프로세스에 의해 본 발명에 따른 장치에 의해 형성된, 유리 튜브의 3개의 예의 도면.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예로서 기술될 것이며, 이런 예로부터 추가적인 특징, 장점 및 해결할 문제점이 명백해질 것이다.

도면에 있어서, 동일한 도면부호는 동일하거나 실질적으로 등가인 요소 또는 요소들의 집단을 나타낸다.

도 1에 따라, 일반적으로 도면부호 80으로 표기된 장치는, 스퀴징 롤러(1)들에 의해 형성된 닙에 들어가는 유리 튜빙 스트랜드(glass tubing strand)(81)를 성형하기 위해 장착되는 2개의 스퀴징 롤러(1)를 포함하며, 또한 성형된 유리 튜빙 스트랜드(81)를 드로잉 장치(82)를 향해 지향시키기 위해 2개의 안내 풀리(2)가 스퀴징 롤러(1)의 하류에 장착되는 프레임(89)을 포함하며, 상기 드로잉 장치는 2쌍의 드로잉 롤러(83, 84)를 포함한다. 내부에 스퀴징 롤러(1)가 배치되는 덮개(45)는, 외부 환경으로부터 스퀴징 롤러(1) 둘레의 성형 구역을 차폐한다.

유리 튜빙 스트랜드(81)의 외경은 측정 장치(86)에 의해, 바람직하기로는 또한 가장 바람직하기로는 광학적으로 무접촉(contact-less) 방식으로 측정된다. 유리 튜빙 스트랜드(81)의 내경은 측정 장치(87)에 의해, 특히 삼각 측량법(triangular method)을 사용하여 광학적으로 측정된다. 측정 장치(87)의 측정 지점은 가능한 한 측정 장치(86)의 측정 지점에 가깝게 바람직하게 위치된다. 또한, 2개의 스퀴징 롤러(1)의 특징은 예를 들어 실제 작동 에러 및/또는 스퀴징 롤러의 외경의 변동을 검출하기 위해 자동으로, 예를 들어 유도(inductive) 측정 방법에 의해 측정되거나 모니터링된다.

도 1에서 연결선에 의해 도시된 바와 같이, 시설(80)의 관련 부품들은, 특히 이 목적을 위해 설계된 소프트웨어에 기초하여 CPU에 의해 제어 수단 또는 조절 수단(88)을 통해 제어되거나 조절될 수 있다. 이 방식으로, 유리 튜브 또는 유리 막대의 일정한 외경 또는 유리 튜브의 일정한 벽 두께에 대한 제어 또는 조절은, 스퀴징 롤러(1)에 의해 형성된 닙의 폭과 관련하여 스퀴징 롤러(1)의 실제 작동 에러가 최소화되도록 실행될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성형 장치의 정면도를 도시하고 있다. 베이스 플레이트(30)는 바닥(90) 상에 지지된 장치 프레임(89)에 장착되며, 또한 병진 스테이지(35)는 스퀴징 롤러(1)의 높이의 조정을 가능하게 하기 위해 수직으로 변위 가능하도록 이 베이스 플레이트(30)에 장착된다. 이 높이 조정은 핸드 휘일(hand wheel)(33)을 사용하여 수동으로 수행될 수 있지만, 그러나 자동화될 수도 있다.

2개의 안내 막대(31)가 베이스 플레이트(30)에 장착되며, 이것이 병진 스테이지(35)를 수직으로 안내한다. 조정은 한편으로는 수직 조정 수단으로서 작용하는 핸드 휘일(33)과, 다른 한편으로는 병진 스테이지(35)와 맞물리거나 커플링되는 나사형 스핀들(34)에 의해 달성된다.

도 2에 따라, 스퀴징 롤러(도시되지 않음)가 장착되는 지지 플레이트(20)는 수평 어댑터(adapter)(38) 및 수직 어댑터(37)를 거쳐 수직한 병진 스테이지(35)와 연결된다. 따라서, 스퀴징 롤러(1)의 높이 위치는 핸드 휘일(33)을 조정함으로써 조정될 수 있다. 높이 위치는 드로잉의 방향으로 급속히 냉각하는 유리 튜빙 스트랜드를 따라 유리 튜빙 스트랜드가 적절히 소성인(plastic) 온도 범위가 제공되어 유리 튜빙 스트랜드가 정밀하게 변형되거나 성형되도록, 조정된다. 이 높이 위치는 예를 들어 시설의 초기 작동 시 한번 조정될 수 있으며, 또는 제어 수단 또는 조절 수단(88)에 의해 연속적으로 또는 주기적으로 조정될 수 있다.

도 2에 있어서, 편향(deflect) 풀리(2)의 높이 위치 및 유리 튜빙 스트랜드의 후퇴 방향을 횡단하는 그 위치는, 높이 조정 수단(51, 53) 및 횡단 조정 수단(52, 54)을 사용하여 서로 독립적으로 정밀하게 조정되거나 재조정될 수 있다.

도 3은 도 2의 장치를 측면도로 도시하고 있다.

스퀴징 롤러(1)를 조정하기 위해 사용되는 추가적인 구조물은 특히 도 4a의 평면도 및 도 6에 따른 사시도로부터 결정될 수 있다. 닙을 형성하는 2개의 스퀴징 롤러(1)는 2개의 스퀴징 롤러(1)를 지지하는 병진 스테이지(12) 상에 장착된다. 병진 스테이지(12)는 스퀴징 롤러(1)를 함께 축방향으로 모두 조정(변위)하기 위해 조정 모터(25)에 의해 스퀴징 롤러(1)의 축방향으로 조정될 수 있다.

다른 실시예(도시되지 않음)에 따라, 닙을 형성하는 2개의 스퀴징 롤러(1)는 2부분형(two-part) 병진 스테이지(12) 상에 지지될 수 있으며, 그 중 하나의 부분은 2개의 스퀴징 롤러(1) 중 하나를 지지하고, 또한 그 중 다른 하나의 부분은 2개의 스퀴징 롤러(1) 중 다른 하나를 지지한다. 이 실시예에 따라 병진 스테이지(12)의 제1 부분은 성형 프로세스 중 정지상태로 유지되는 반면, 병진 스테이지(12)의 다른 부분은 조정 모터(25)에 의해 병진 스테이지(12)의 제1 부분에 대해 스퀴징 롤러(1)의 축방향으로 조정될 수 있다.

병진 스테이지(12)를 안내하기 위해, 2개의 서로 평행한 안내 막대(21)가 각각의 베어링 블럭(22)에서 베이스 플레이트(20) 상에 장착된다. 안내 막대(21)와 맞물리는, 병진 스테이지(12)의 하부측 상에 제공된 미끄럼 부재(도시되지 않음)는 병진 스테이지(12)의 축방향 변위를 안내한다. 병진 스테이지(12)를 조정하기 위해, 나사형 조정 스핀들(24)이 지지 플레이트상에 추가로 지지되며, 이것은 서보모터(servomotor)(25)에 의해 회전 가능하게 구동되며 또한 병진 스테이지(12)의 하부측 상에서 역나사(counter-thread)(도시되지 않음)와 맞물린다.

조정 모터(25)는 동기 모터로서 설계되지만, 그러나 아래에 더욱 상세히 서술되는 바와 같이 계단식 축방향 변위를 허용하도록 스테핑(stepping) 모터로서 설계될 수도 있다.

도 6에 있어서, 횡단 안내 레일(15)이 병진 스테이지(12)에 제공되며, 이것은 닙의 폭의 조정 중 [또는 병진 스테이지(12)의 제2 부분에 대해 제1 부분의 상기 대안적인 실시예에 따라] 병진 스테이지(12)의 조정을 안내한다. 닙의 폭을 조정하기 위해 서보모터(13)가 제공되며, 이것은 지지 플레이트(20)에 장착된다. 따라서, 조정 가능한 스퀴징 롤러(1)는 정지 상태인 다른 스퀴징 롤러(1)에 대해 조정될 수 있다.

또한, 원칙적으로 두 스퀴징 롤러(1)가 축방향으로 조정될 수 있는 것도 인식해야 한다.

스퀴징 롤러(1)의 회전 운동을 구동시키기 위해, 2개의 서보모터(9)가 제공되며, 이것은 각각의 기어 유니트(10) 및 각각의 클러치(8)를 거쳐 관련된 스퀴징 롤러(1)에 커플링된다. 클러치(8)는 전방 단부(11)를 갖는 클러치 하우징에 수용되며, 이것은 플랜지처럼 형성되며 또한 이를 통해 클러치(8)가 연장된다. 클러치(8)는 스핀들 축(4)과 커플링되며, 이것은 하우징으로서 형성된 각각의 베어링 블럭(6)에서 베어링(5)/스핀들 베어링(7)에 의해 지지된다. 스퀴징 롤러(1)는 각각의 스핀들 축(4)의 전방 단부에서 장착 플랜지에 장착될 수 있다.

각각의 회전 리드-스루(lead-through)(3)는 스퀴징 롤러(1)의 전방 단부에서 맞물리며, 이것은 스퀴징 롤러(1)를 추가로 냉각시키기 위해 공기 또는 물과 같은 액체로 냉각될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 유리 튜브의 성형 중 연속적으로 실행되는 스퀴징 롤러(1)의 축방향 변위로 인해, 이런 냉각은 절대적으로 필요한 것이 아니며 또한 생략될 수 있음을 인식해야 한다.

두 스퀴징 롤러(1)의 회전 속도를 별도로 제어하는 것도 가능하다. 또한, 이 회전 속도는 디지털식으로 매우 정확하게 검출되며 또한 매우 정확하게 나타내진다. 이것은 타원형 튜브의 형상을 조정하는 데 유리하다.

유리 스트랜드에서 스퀴징 롤러(1)의 회전 속도를 드로잉 장치(82)(도 1)의 속도와 동기시키거나 또는 스퀴징 롤러(1)의 회전 속도를 고정된 오프셋으로 커플링하는 것이 가능하다. 즉, 작업자는 유리 스트랜드를 드로잉하는 속도를 변화시킬 수 있으며, 또한 그 결과 스퀴징 롤러의 속도 또한 자동으로 변화된다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 작동 시 스퀴징 롤러들은 하우징(45)에 함께 수용되고 또한 개구(47)가 형성된 추가적인 덮개(46)에 의해 덮이며, 이 개구를 통해 유리 튜빙 스트랜드가 성형 프로세스를 위해 위로부터 닙에 들어간다.

닙에서의 유리 튜브 스트랜드의 성형 중, 두 스퀴징 롤러(1)의 위치(들)는 각각의 스퀴징 롤러와 뜨거운 유리 본체 사이의 접촉 영역이 연속적으로 변화되거나 바뀌도록, 스퀴징 롤러의 위치를 축방향으로 연속적으로 조정함으로써 함께 변화되는 것이 바람직하다. 스퀴징 롤러의 위치의 이러한 연속적인 축방향 조정은 소정의 함수에 따라 바람직하게 수행된다. 이 소정의 함수는 톱니파형 함수 또는 사인파형 함수 또는 임의의 유사한 함수에 대응한 그 축방향으로 각각의 스퀴징 롤러(1)의 주기적인 왕복 운동이 바람직하며, 이것은 시간에 맞게 연속적으로 바람직하게 수행된다. 이것은 동일 단계 사이즈의 별개의 단계들로 수행될 것이다.

위에 개략적으로 서술한 바와 같이 시스템의 정밀한 구조는 정지형 스퀴징 롤러에 대한 가동형 스퀴징 롤러의 조정을 마이크로미터 정확도로 가능하게 한다. 닙의 구역에서의 결함은 한편으로는 덮개(46, 47)에 의해 감소될 수 있으며, 또한 다른 한편으로는 도 1을 참조하여 위에 서술된 바와 같이 제어 장치 또는 조절 장치(88)에 의해 최소화될 수 있다. 특히, 닙의 구역에서 온도의 효과는 고온계(pyrometer)에 의해 검출될 수 있으며, 또한 성형(변형) 프로세스는 수동으로 또는 자동으로 조절될 수 있다. 위와 같은 시스템의 구성으로 인해, 스퀴징된 튜브의 내경의 조작(manipulation)은 전례 없는 정확도로 가능하게 된다(예를 들어, 본 발명에 따라 ±20 미크론의 정확도가 측정됨). 스퀴징 롤러의 위치가 마이크로 단위로 제어될 수 있으므로, 두 스퀴징 롤러의 닙 폭의 각각의 가장 작은 에러가 결정될 수 있다. 동기로 구동되는 스퀴징 롤러의 회전축은 유리 스트랜드의 편향에 의해 유발된 곡률(curvature) 효과를 방지하기 위해, 제어 기술을 사용하여 차동 속도로 작동될 수 있다. 드로잉 속도(유리 튜브 스트랜드 또는 유리 막대 스트랜드의 후퇴 속도)는 드로잉 장치에 의해 결정되며, 롤러는 유리 스트랜드에 처짐(sag)을 발생시키거나 또는 견인(pulling) 효과를 발휘하기 위해 그것과는 상이한 속도로 작동될 수 있으며, 이것은 스퀴징된 유리 튜브의 기하학적 형상에 중요한 영향을 갖는다. 시스템의 제어 및 조절 회로는 광학 측정 시스템에 의해 형성되며, 이것은 스퀴징된 튜브의 내경을 각각의 축(롤러의 회전축, 조정축)의 정밀 서보모터에 의해 마이크로미터 정확도로 측정한다. 또한, 스퀴징 롤러의 쌍은 아직 소성인 유리의 온도의 강한 영향으로 인해 예정보다 빠른 스퀴징 롤러의 마모량을 최소화하기 위해 추가적인 서보모터에 의해 단계적으로 조정된다.

시설, 및 특히 스퀴징 롤러는 입지 조건(site condition)에 의해 주어진 온도의 영향을 최소화하기 위해 공기 또는 물에 의해 냉각될 수 있다.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 성형 장치의 2개의 추가적인 사시도를 도시하고 있다.

도 7a 내지 7c는 본 발명에 따라 높은 정확도로 제조될 수 있는, 원형이 아닌 단면을 갖는 유리 튜브의 다양한 예를 도시하고 있다.

도 7a에 있어서, 최대 횡단 치수(L)보다 작은 높이(H)를 갖는 타원형 유리 튜브(100)가 형성된다. 단축의 방향으로의 구멍(bore)은 h로 표시되어 있다. 이런 타원형 튜브의 벽 두께는 전체 원주에 대해 일정할 수 있거나, 또는 도 7a에 도시된 바와 같이 연속적으로 및 대칭적으로 변할 수 있다. 이런 타원형 유리 튜브는 예를 들어 LED 평면 화면을 위한 전치 필터(pre-filter)로서 사용될 수 있다. 30% 이상의 광 수율(yield)이 관찰되었다.

도 7b에 있어서, 변형된 유리 튜브(100)는 반원형으로 둥근 측부 엣지 및 서로 평행으로 연장하는 일정한 벽 두께의 2개의 길이방향 측부(101)를 갖는, 실질적으로 직사각형이다.

도 7c에 있어서, 유리 튜브(10)는 길이방향 측부(102) 및 거울면-대칭이고 그리고 볼록하게 굴곡된 표면(103)을 가지며, 2개의 모서리 지역(104)의 구부림(bending) 반경은 매우 작다.

이런 유리 튜브의 다른 적용 영역은 예를 들어 반도체 물질의 나노-입자의 밀폐된 포장용으로 사용하기 위해 높은 기하학적 정확도를 갖는 타원형 튜브; 방전 램프, 특히 플래시(flash) 램프를 위한 피스톤 튜브 또는 외피(sheath) 튜브이며, 높은 기하학적 정확도(구멍)가 중요하며, 피팅(fitting) 치수는 최소화되어야 하지만, 광 수율은 그렇지 않다.

도 1에 있어서, 유리 튜브는 측정 장치(86, 87)에 의해, 예를 들어 라벨링(labeling) 또는 레이저 마킹에 의해, 닙의 하류에서 검출된 외부 치수 및/또는 내부 치수에 따라 마킹될 수 있다. 또한, 유리 튜브는 측정 장치(86, 87)에 의해 닙의 하류에서 검출된 외부 치수 및/또는 내부 치수에 따라 저장될 수도 있다.

+/- 20 미크론인 내경의 공차를 갖는 점소성(viscoplastic) 유리 튜빙의 스퀴징 장치에 대해, 부품의 공차에 관한 요구사항은 일반적으로 공차 사양(specification)의 10배의 정확도이다. 비용을 견딜 수 있는 수준으로 유지하기 위해, 통상적으로 장치의 개별적인 부품들은 최대 +/- 3 미크론의 공차를 갖는 것으로 제조되었다. 온도의 영향이 고려될 필요가 있는데, 그 이유는 1K의 온도 변화가 1 미크론의 닙 폭의 변화로 나타나기 때문이다. 따라서, 전체 시스템의 온도가 선택적으로 냉각 시스템에 의해 가능한 한 일정하게 유지될 수 있다. 그러나, 스퀴징 롤러의 표면은 유리 튜브 스트랜드 또는 유리 막대 스트랜드에 의해 통상적으로 제어 불가능하게 가열되며, 이것은 위에 서술한 바와 같이 스퀴징 롤러의 적어도 하나, 바람직하기로는 두 스퀴징 롤러의 연속적인 축방향 조정에 의해 방지될 수 있다. 이것은 닙 폭의 연속적인 모니터링 및 제어 또는 조절에 의해 추가로 지원될 수 있다.

장치가 유리 튜브의 성형(변형)을 위해 사용되는 것으로 위에 서술되었지만, 장치는 또한 유리 막대의 성형(변형)을 위해 대응하는 방식으로 사용될 수 있다. 바람직하기로는, 초기 유리 튜브 또는 초기 유리 막대는 원형 횡단면을 갖는 것이며, 또한 다른 프로파일을 얻기 위해 성형(변형)이 수행되는 것이다. 위의 서술 내용의 판독에 따라 본 기술분야의 숙련자에게 용이하게 명백해지는 바와 같이, 본 발명은 위에 예로서만 제시된 예시적인 실시예를 참조하여 서술되었다. 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 일반적인 개념 및 범위로부터의 일탈 없이 다양한 변경이 실행될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라, 위에 서술된 특징은 특히 위에 서술된 바와 같이 다양한 방식으로 조합될 수 있다.

1: 스퀴징 롤러 2: 안내 풀리
3: 회전 리드-스루 4: 스핀들 축
5: 베어링 6: 베어링 블럭
7: 스핀들 베어링 8: 클러치
9: 서보모터 10: 기어 유니트
11: 플랜지 12: 병진 스테이지
13: 닙의 조정 15: 안내 레일
20: 지지 플레이트 21: 안내 막대
22: 베어링 블럭 23: 베어링 블럭
24: (롤러의 축방향 조정을 위한)조정 스핀들
25: (롤러의 축방향 조정을 위한)모터
30: 베이스 31: 안내 막대
32: 베어링 블럭 33: (높이 조정을 위한)회전 휘일
34: 조정 스핀들 35: 병진 스테이지
37: 어댑터 38: 어댑터
45: 냉각 유니트를 갖는 덮개 46: 덮개
47: 개구 50: 유지 웨브
51: 높이 조정 수단 52: 횡단 조정
53: 높이 조정 수단 54: 횡단 조정
80: 유리 튜브 제조 라인 81: 유리 튜빙 스트랜드
82: 드로잉 장치 83, 84: 드로잉 롤러의 쌍
85: 프레임 86: 외경을 위한 측정 장치
87: 내경을 위한 측정 장치 88: 중앙 제어 또는 중앙 조절 수단
89: 프레임 90: 바닥
100: 유리 튜브 101: 길이방향 측부
102: 평탄한 길이방향 측부 103: 볼록하게 굴곡된 측부
104: 모서리 영역

Claims

유리 튜브 또는 유리 막대이며 초기 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체(81)를 다른 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체로 성형하기 위한 방법으로서,
상기 세장형 유리 본체(81)는 뜨거운 가단(malleable) 상태에서, 스퀴징 롤러(1)들에 의해 형성되고 그리고 초기 프로파일의 외부 치수보다 작은 닙 폭을 갖는, 닙을 통과하고,
상기 스퀴징 롤러들 중 적어도 하나의 스퀴징 롤러의 위치는, 각각의 스퀴징 롤러와 뜨거운 유리 본체 사이의 접촉 영역이 연속적으로 변화되도록 닙 폭을 유지하면서 연속적으로 변화되는 것인 세장형 유리 본체 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 각각의 스퀴징 롤러(1)의 위치는 미리 정해진 함수(function)에 따른 각각의 스퀴징 롤러의 연속적인 축방향 조정에 의해 변화되는 것이며, 상기 미리 정해진 함수는 상기 각각의 스퀴징 롤러를 상기 각각의 스퀴징 롤러의 축방향으로 주기적으로 왕복 운동시키는 것인 세장형 유리 본체 성형 방법.
제2항에 있어서, 상기 미리 정해진 함수는 동일한 단계 사이즈(step size)를 각각 갖는 별개의 단계들로 실행되는 것인 세장형 유리 본체 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 닙을 형성하는 스퀴징 롤러들의 각각의 회전 운동은 별도로 구동되는 것인 세장형 유리 본체 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 닙을 형성하는 스퀴징 롤러들은, 서로 동일한 속도로, 또는 서로에 대해 미리 정해진 일정한 속도 차이를 가지고 구동되는 것인 세장형 유리 본체 성형 방법.
제1항에 있어서,
상기 다른 프로파일의 외부 치수, 내부 치수, 또는 양자 모두는 닙의 하류에서 검출되며,
뜨거운 가단 유리 본체를 상기 다른 프로파일을 갖는 유리 본체로 성형하는 것과 관련된 파라미터는, 상기 다른 프로파일의 외부 치수, 내부 치수, 또는 양자 모두를 일정하게 유지시키기 위해 상기 다른 프로파일의 검출된 외부 치수, 내부 치수, 또는 양자 모두에 대응하여 제어되거나 조절되는 것인 세장형 유리 본체 성형 방법.
제6항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 닙의 폭, 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 각각의 회전 속도 또는 차동(differential) 회전 속도, 또는 유리 튜브로서 구현되는 경우 상기 가단 유리 본체의 내부 체적에 인가되는 과압(over-pressure)인 것인 세장형 유리 본체 성형 방법.
제6항에 있어서, 상기 유리 본체는 상기 닙의 하류에서 검출된 외부 치수, 내부 치수, 또는 양자 모두에 따라 마킹되거나 또는 분류되는 것인 세장형 유리 본체 성형 방법.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

유리 튜브 또는 유리 막대로서 구현된 세장형 유리 본체를 제조하기 위한 방법으로서,
상기 세장형 유리 본체는 유리 용융체로부터 초기 프로파일을 갖는 유리 튜브 또는 유리 막대로 드로잉(drawing)되며,
상기 유리 튜브 또는 유리 막대는 뜨거운 가단 상태에서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 세장형 유리 본체 성형 방법에 의해 다른 프로파일을 갖는 유리 튜브 또는 유리 막대로 성형되는 것인 세장형 유리 본체 제조 방법.
유리 튜브 또는 유리 막대이며 초기 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체(81)를 다른 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체로 성형하기 위한 장치로서,
상기 초기 프로파일의 외부 치수보다 작은 폭의 닙을 형성하는 스퀴징 롤러(1)와,
상기 초기 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체를 상기 닙을 통해 이송하기 위한 이송 수단(82-84)
을 포함하는, 세장형 유리 본체 성형 장치에 있어서,
상기 스퀴징 롤러(1)는, 스퀴징 롤러들 중 적어도 하나의 스퀴징 롤러의 위치가 변화되며, 스퀴징 롤러(1)들 중 적어도 하나의 스퀴징 롤러의 위치를 조정하기 위한 조정 장치(25)는 스퀴징 롤러와 관련되고, 스퀴징 롤러들 중 적어도 하나의 스퀴징 롤러의 위치를 제어 또는 조절하기 위한 제어 장치 또는 조절 장치가 마련되며, 상기 조정 장치(25) 및 상기 제어 장치 또는 조절 장치는, 각각의 스퀴징 롤러와 뜨거운 유리 본체 사이의 접촉 영역을 연속적으로 변화시키기 위한 각각의 스퀴징 롤러의 연속적인 축방향 조정을 통해 닙 폭을 유지하면서 스퀴징 롤러들 중 적어도 하나의 스퀴징 롤러의 위치를 연속적으로 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 세장형 유리 본체 성형 장치.
제10항에 있어서, 상기 조정 장치(25) 및 상기 제어 장치 또는 조절 장치는, 각각의 스퀴징 롤러(1)의 연속적인 축방향 조정이 미리 정해진 함수에 따라 실행되도록 구성되는 것이며, 상기 미리 정해진 함수는 상기 각각의 스퀴징 롤러를 상기 각각의 스퀴징 롤러의 축방향으로 주기적으로 왕복 운동시키는 것인 세장형 유리 본체 성형 장치.
제10항에 있어서, 상기 스퀴징 롤러(1)와 관련된 조정 장치(25)는, 각각의 스퀴징 롤러의 축방향으로의 상기 각각의 스퀴징 롤러의 주기적인 왕복 운동이, 동일한 단계 사이즈를 각각 갖는 별개의 단계들로 실행되도록 구성 또는 제어되는 것인 세장형 유리 본체 성형 장치.
제10항에 있어서, 상기 조정 장치는 병진 스테이지(12)와, 상기 병진 스테이지를 조정하기 위한 조정 모터(25)를 포함하고,
상기 스퀴징 롤러(1)는 병진 스테이지(12) 상에 지지되고,
상기 병진 스테이지(12)는 스퀴징 롤러(1)의 축방향으로 변위될 수 있도록 장착되며,
상기 조정 모터는 상기 병진 스테이지(12)를 조정함으로써 적어도 하나의 스퀴징 롤러의 상기 축방향 조정을 수행하도록 병진 스테이지에 커플링되는 것인 세장형 유리 본체 성형 장치.
제10항에 있어서,
상기 스퀴징 롤러의 회전 운동을 별도로 구동시키기 위해 상기 닙을 형성하는 스퀴징 롤러들과 관련되는 적어도 하나의 구동 모터(9)
를 더 포함하는, 세장형 유리 본체 성형 장치.
청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구동 모터(9)는, 상기 닙을 형성하는 스퀴징 롤러들이 서로 동일한 속도로, 또는 서로에 대해 미리 정해진 일정한 속도 차이를 가지고 구동되도록, 구성 또는 제어되는 것인 세장형 유리 본체 성형 장치.
제10항에 있어서,
상기 닙의 하류에서 상기 다른 프로파일의 외부 치수, 내부 치수, 또는 양자 모두를 검출하기 위해 상기 닙의 하류에 배치되는 측정 장치(86, 87)와,
상기 다른 프로파일의 외부 치수, 내부 치수, 또는 양자 모두를 일정하게 유지시키기 위해, 상기 다른 프로파일의 검출된 외부 치수, 내부 치수, 또는 양자 모두에 대응하여, 뜨거운 가단 유리 본체를 상기 다른 프로파일을 갖는 유리 본체로 성형하는 것과 관련된 파라미터를 제어 또는 조절하도록 구성된 제어 장치 또는 조절 장치(88)
를 더 포함하는, 세장형 유리 본체 성형 장치.
청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제16항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 닙의 폭, 닙을 형성하는 스퀴징 롤러의 각각의 회전 속도 또는 차동 회전 속도, 또는 유리 튜브로서 구현되는 경우 상기 가단 유리 본체의 내부 체적에 인가되는 과압인 것인 세장형 유리 본체 성형 장치.
청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제16항에 있어서,
상기 닙의 하류에서 검출된 외부 치수, 내부 치수, 또는 양자 모두에 따라 상기 유리 본체를 마킹하거나 또는 분류하기 위한 마킹 수단 또는 분류 수단
을 더 포함하는, 세장형 유리 본체 성형 장치.
청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

유리 튜브 또는 유리 막대 형태의 세장형 유리 본체를 제조하기 위한 장치로서,
용융된 유리로부터 초기 프로파일을 갖는 유리 튜브 또는 유리 막대로 세장형 유리 본체(81)를 드로잉하기 위한 장치와,
상기 초기 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체(81)를 뜨거운 가단 상태에서, 다른 프로파일을 갖는 세장형 유리 본체로 성형하기 위한 청구항 제10항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 세장형 유리 본체 성형 장치
를 포함하는, 세장형 유리 본체 제조 장치.
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