KR101651326B1 - 유리의 재인발 방법 - Google Patents

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KR101651326B1
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프랭크 블레스펠트
랄프 비르튐펠
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쇼오트 아게
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/037—Re-forming glass sheets by drawing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
    • C03B29/04—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins in a continuous way

Abstract

본 발명은 유리의 인발 방법에 관한 것이다. 본 방법은 예비형태와 비교하였을 때 상당히 증가된 폭 대 두께의 비율을 갖는 유리 부품이 수득될 수 있다는 것을 특징으로 한다. 이로 인해 편평한 유리 부품의 제조는 더욱 경제적인 것으로 되고 있다. 본 발명의 유의적인 특징은 예비형태 내 온도 분포가 목적에 맞게 조절된다는 것이다.

Description

유리의 재인발 방법{METHOD FOR REDRAWING OF GLASS}
본 발명은 유리의 재인발(redrawing) 방법, 상기 방법을 실시하기 위한 장치 및 상기 방법에 의해 제조될 수 있는 유리 부품에 관한 것이다.
원칙적으로, 유리의 재인발은 공지되어 있으며, 특히 블랭크 및/또는 유리 섬유의 인발을 위한 원형 단면을 지닌 블랭크의 재인발에 관한 종래 기술의 포괄적인 수준이 존재한다.
재인발 방법 동안 유리 피스(glass piece)는 부분 가열되고 적당한 기계 장비에 의해 길이 방향으로 인발된다. 상기 유리 피스(블랭크)가 일정 속도로 가열 구역에 투입되는 경우 그리고 그 가열된 유리가 일정 속도로 인발되는 경우, 이로 인하여 속도의 비율에 따라 블랭크의 단면 형상이 감소된다. 그래서, 예를 들어 관형 블랭크가 사용되는 경우, 마찬가지로 관형 생성물이 제조되지만 보다 작은 직경을 지니게 된다. 생성물의 단면 형상은 블랭크의 것과 유사한데, 여기서 대부분의 경우 적당한 수단에 의해 1:1의 감소된 척도로 블랭크의 재생을 실현하는 것이 훨씬 바람직하다(EP 0 819 655 B1 참조).
유리의 재인발 단계에서 일반적으로 장방형 블랭크는 한쪽 단부를 홀더에 고정시키고 다른쪽 단부를 예를 들면 머플 가마에서 가열시킨다. 일단 유리가 변형가능하게 되면, 홀더에 고정되어 있는 블랭크의 단부에 인발력을 가함으로써 인발한다. 블랭크가 머플 내로 정방향 이동되는 동안 적당한 온도를 선택하는 경우, 단면은 더 작지만 유사한 기하구조를 지닌 생성물이 유도된다. 예를 들면, 원형 단면을 지닌 블랭크는 유리 섬유로 인발된다. 예를 들어 부품인 생성물을 인발하고 경우에 따라 블랭크를 정방향 이동시키는 속도의 선택은 단면의 감소 인자를 결정한다. 일반적으로, 블랭크의 단면의 두께 대 폭의 비율은 일정하게 유지된다. 유리 섬유를 인발하는 경우, 이러한 것이 바람직한데, 그 이유는 원형 단면을 지닌 블랭크로부터 출발하는 것이 또한 원형 단면을 갖는 유리 섬유를 또한 인발할 수 있기 때문이다.
편평한 부품, 즉 단면의 폭 대 두께의 비율이 예를 들어 80:1인 부품을 재인발하는 것은 어렵다는 것이 입증되어 있다. 단지 매우 넓은 폭을 갖는 블랭크만을 사용하면, 또한 넓은 폭을 지닌 부품을 인발하는 것이 가능하다. 그래서, 예를 들어 70 mm 폭 및 10 mm 두께(B/D = 7)의 단면을 갖는 블랭크로부터, 7 mm 폭 및 1 mm 두께(b/d = 7)의 단면을 갖는 부품이 제조될 수 있다.
더 넓은 폭 또는 더 좁은 두께를 지닌 단면을 갖는 블랭크를 사용하는 경우, 더 넓은 폭 및 동일 두께를 지닌 단면을 갖는 부품만이 가능하다. 더 넓은 폭을 갖는 블랭크를 사용하는 것은 종종 불가능한 생산성으로 인하여 실패하게 되고 더 좁은 두께를 갖는 블랭크를 사용하는 것은 점점 더 비효율적이 되는데, 그 이유는 재인발 동안 블랭크가 더 자주 교환되어야 하기 때문이다.
US 7,231,786 B2에는 평면 유리 판이 인발에 의해 어떻게 제조될 수 있는지에 대해 기술되어 있다. 더 넓은 폭을 지닌 생성물을 실현하기 위해, 이러한 경우 엣지 롤러에 의해 연질 유리를 길이 방향으로 팽창시키기 전에 그 연질 유리를 폭 방향으로 인발하는 그리퍼가 사용된다.
US 3,635,687 A에는 편평한 블랭크의 엣지 영역을 냉각시킴으로써 폭 대 두께의 비율(B/D)의 변화가 실현되는 재인발 방법이 기술되어 있다. 하지만, 이 방법에 따르면, 10.7배로 폭 대 두께의 비율의 최대 증가가 실현될 수 있다. 엣지 쿨러가 사용되며 이는 블랭크의 변형 구역에서 엣지 영역의 적은 부분만이 냉각되도록 배치된다. 그래서 블랭크의 중앙 영역과 엣지 영역 사이의 온도차는 다시 매우 빠르게 감소된다.
EP 0 819 655 B1에는 유리의 형성 방법이 기술되어 있다. 이 경우 그 형성 단계에서 또한 재인발을 사용할 수 있다. 그러나, 폭 대 두께의 비율(B/D)을 어떻게 조정하는지는 기술되어 있지 않다. 여기서, 가열 후에 유리는 기하구조를 조작하기 위해 국소적으로 가열 또는 냉각되게 된다.
이들 참고문헌에 기술된 조작들 각각은 최종 형상 및/또는 인발된 부품의 형상과 비교하였을 때 블랭크의 기하구조의 더 적은 변화만을 유도한다. 게다가, 이들 방법은 비교적 많은 수고와 관련된다. 특히 그리퍼 또는 롤이 사용되어야 하는 경우, 정교한 재인발 장치가 요구되는데, 그 장치는 결함에 노출되기 쉽다.
따라서, 본 발명의 목적은 유리 부품의 제조에 있어 효율적인 방법을 제공하는 것이다. 게다가, 유리 부품의 폭 대 두께의 비율(b/d)과 비교하였을 때 블랭크의 폭 대 두께의 비율(B/D)을 증가시키는 것을 가능하게 하는 방법이 제공되어야 한다. 특히, 편평한 유리 부품의 제조 방법이 제공되어야 하고, 그 방법을 통해 폭 B 대 두께 D를 갖는 블랭크로부터 폭 b 대 두께 d를 갖는 편평한 유리 부품이 제조될 수 있으며, 여기서 비율 b/d은 비율 B/D보다 훨씬 더 높다.
본 발명에 따른 목적은 특허 청구범위에 기술되어 있는 구체예에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 유리의 재인발 방법은
a. 평균 두께 D 및 평균 폭 B를 갖는 유리의 블랭크를 제공하는 단계,
b. 상기 블랭크를 가열하는 단계, 및
c. 상기 블랭크를 평균 두께 d 및 평균 폭 b로 인발하는 단계
를 포함하며, 여기서 블랭크는 중앙 영역 및 2개의 엣지 영역을 포함하고 중앙 영역이 엣지 영역의 온도 T2보다 높은 온도 T1에 도달하도록 변형 구역에서 블랭크의 온도가 조정되며, 변형 구역은 1.05*d 내지 0.95*D의 두께를 갖는 블랭크의 일부이다. 이러한 경우 언급된 온도 조건이 조정되는 변형 구역 부분은 변형 구역의 높이의 75% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 특히 바람직하게는 95% 이상 또는 100%의 높이에 걸쳐 연장된다.
놀랍게도, 본 발명자는 변형 구역에서 블랭크의 엣지 영역의 온도가 블랭크의 중앙 영역의 온도보다 낮게 유지되는 경우 블랭크의 인발 단계 동안 유리 부품의 기하구조가 현저하게 변화될 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 최근의 방법과 비교하였을 때 본 발명에 따른 방법의 차이점은 블랭크의 엣지 영역을 중앙 영역의 온도보다 낮은 온도에서 유지하는 블랭크 부분이 더 크다는 점이다. US 3,635,687에는, 예를 들어, 냉각 설비가 오직 변형 구역의 상부 영역만을 냉각시키는 방법이 실시된다. 그래서 중앙 영역 및 엣지 영역의 각 온도는 다시 매우 빠르게 동일하여지고 폭 대 두께의 비율의 증가는 더 낮은 정도만이 실현되게 된다.
온도 조건의 조정은 예를 들어 선택적 가열 및/또는 선택적 냉각을 통해 실현될 수 있다. 당업자라면 재인발 방법에서 선택적 가열 및 냉각에 대한 수많은 가능성을 알 것이다.
본 발명에 따른 방법 동안 전체 변형 구역에서 엣지 영역의 온도는 온도 T2에서 유지되는 것이 바람직하다. 온도 T2는 바람직하게는 변형 구역에서 블랭크의 엣지 영역 중 하나 이상이 하나 이상의 냉각 설비에 의해 냉각되는 조치에 의해 조정된다. 하나 이상의 냉각 설비에 의해 엣지 영역을 냉각시킴으로써 온도 조건은 선택적 가열의 경우보다 더욱 선택적으로 조정될 수 있다.
바람직하게는, 냉각 설비와 블랭크의 중앙 사이의 수평 거리는 엣지 영역이 가열 설비에 대하여 음영이 지도록 (즉, 하향으로) 블랭크 폭의 감소에 의해 더 좁아진다. 따라서, 냉각 설비(들)는 블랭크의 중앙의 방향으로 엣지 영역을 따르는데, 그 이유는 블랭크의 폭이 재인발 공정 동안 감소하기 때문이며, 이에 따라 엣지 영역이 블랭크의 중앙에 도달하게 된다. 블랭크의 중앙과 하나 이상의 냉각 설비 사이의 수평 거리는 바람직하게는 상기 부위에서 블랭크 폭의 절반보다 좁다.
따라서, 냉각 설비의 도움으로 엣지 영역의 온도는 온도 T2로 조정될 수 있지만, 블랭크의 중앙 영역은 온도 T1을 갖는다. 냉각 설비는 바람직하게는 가열원의 영향으로부터 하나 이상의 엣지 영역을 보호하고/하거나 하나 이상의 엣지 영역을 적극적으로 냉각시키도록 디자인된다.
온도 T1은 바람직하게는 블랭크의 유리가 105 dPas∼109 dPas, 바람직하게는 107 dPas∼108.5 dPas의 점도 η1을 갖는 온도이다. 온도 T2는 블랭크의 유리가 바람직하게는 η2/η1의 몫이 1.01∼108, 바람직하게는 10∼105인 점도 η2를 갖는 온도이다. 엣지 영역에서 더 낮은 온도로 인해 여기서는 점도가 더 높다. 이러한 더 높은 점도는 변형 구역의 대부분에서 조정되는 조치에 의해, 블랭크와 비교하였을 때 유리 부품의 폭의 감소는 강력하게 제한된다. 더하여, 유리의 장력이 감소된다.
변형 구역은 블랭크의 일부이며 여기서 블랭크는 0.95*D 내지 1.05*d의 두께를 갖는다. 따라서, 이 영역은 유리가 변형되는 블랭크 내의 영역이다. 그 두께는 원래 두께 D보다 좁지만, 최종 두께 d에는 여전히 미치지 못한다. 본 발명에 따르면, 변형 구역은 매우 좁은 것이 바람직하다. 변형 구역(=메니스커스(meniscus))은 바람직하게는 6*D 이하(특히, 100 mm 이하), 바람직하게는 5*D 이하(특히, 40 mm 이하), 특히 바람직하게는 4*D 이하(특히, 30 mm 이하)의 높이를 가질 수 있다. 바람직하게는, 변형 구역은 블랭크의 전체 폭에 걸쳐 연장된다. 변형 구역의 "높이"는 블랭크가 인발되는 방향의 정도로서, 이에 따라 수직 방향으로의 변형 구역의 정도를 의미한다.
더 낮은 온도 및 좁은 변형 구역을 갖는 엣지 영역의 이러한 양 조치는 함께 심지어 더 넓은 폭 및/또는 더욱 양호한 두께 분포를 실현하는 데 사용될 수 있다.
블랭크의 엣지 영역의 각각은 BR = D 내지 (1.2 * D)를 특징으로 하는 폭 BR을 갖는다. 바람직하게는, 각 블랭크의 폭의 30% 이하가 엣지 영역을 나타내므로, 블랭크의 폭의 60% 이하는 엣지 영역들을 나타낸다. 더욱 바람직하게는, 오직 각 블랭크 폭의 25% 이하, 특히 바람직하게는 20% 이하만이 엣지 영역을 나타낸다. 각 엣지 영역은 바람직하게는 블랭크의 폭의 1% 이상, 특히 바람직하게는 5%의 폭 BR을 갖는다.
바람직하게는, 블랭크의 두께는 엣지 영역에서와 마찬가지로 중앙 영역에서 실질적으로 일정하다. 이는 엣지 영역의 두께가 중앙 영역의 두께보다 두꺼울 수 있다는 것을 의미한다. 하지만, 각 개별 영역 내의 두께는 거의 일정하다.
블랭크는 상단부 및 하단부를 갖는다. 변형 구역은 상단부와 하단부 사이에 위치한다. 변형 구역 너머 블랭크의 온도는 바람직하게는 T1보다 낮아진다. 이로 인해 블랭크의 변형은 실질적으로 변형 구역의 영역에서만 일어난다. 상하로 이 영역, 바람직하게는 블랭크의 두께 및 또한 폭은 실질적으로 일정하게 유지된다. 편의상 본 발명의 설명 전반에 걸쳐, 용어 "블랭크"가 사용되며, 본 발명에 따른 최종 공정 단계의 종료 직후, 상기 방법에서 유리가 처리되는 경우, 그 제품을 "유리 부품"으로 지칭한다.
바람직하게는, 블랭크의 폭 대 두께의 비율의 증가는 생산된 유리 부품의 두께 d가 블랭크의 두께 D보다 실질적으로 작게 되는 조치에 의해 실질적으로 실현된다. 바람직하게는, 두께 d는 D/10 이하, 더욱 바람직하게는 D/30 이하, 특허 바람직하게는 D/75 이하이다. 이후, 유리 부품은 바람직하게는 10 mm 미만, 더 바람직하게는 1 mm 미만, 더욱 바람직하게는 100 ㎛ 미만, 더 바람직하게는 50 ㎛ 미만, 특히 바람직하게는 30 ㎛ 미만의 두께 d를 갖는다. 본 발명에 따르면, 고품질의 비교적 넓은 표면적을 지닌 얇은 유리 부품을 제조하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 블랭크의 폭 B에 대하여 생성된 유리 부품의 폭 b는 거의 감소되지 않는다. 이는 비율 B/b가 바람직하게는 2 이하, 더욱 바람직하게는 1.6 이하, 특히 바람직하게는 1.25 이하인 것을 의미한다.
본 발명의 방법은 또한 본 발명에 따르는 재인발 장치에서 실시될 수 있다. 가열을 위해 블랭크는 재인발 장치로 삽입될 수 있다. 바람직하게는, 재인발 장치는 블랭크의 한쪽 단부를 고정시킬 수 있는 홀더를 포함한다. 이 홀더는 재인발 장치의 상부 섹션에 배치되는 것이 바람직하다. 이후, 블랭크는 장치 상단부의 홀더에 고정된다.
재인발 장치는 하나 이상의 가열원을 포함한다. 가열원은 재인발 장치의 중앙 영역에 배치되는 것이 바람직하다. 가열원은 바람직하게는 전기 저항 히터, 버너 방식, 방사선 히터, 레이저 스캐너 포함 또는 불포함 레이저 또는 이의 조합일 수 있다. 가열원은 바람직하게는 본 발명에 따른 온도 분포가 실현되는 방식으로 변형 영역 내에 삽입되는 블랭크를 가열할 수 있도록 디자인된다.
변형 영역은 바람직하게는 재인발 장치 내부에 배치되는 영역이다. 가열원은 변형 영역에 배치된 블랭크가 이의 변형 구역 내에서 변형을 허용하는 온도로 가열될 정도로 매우 높은 온도로 변형 영역 및/또는 블랭크의 일부의 온도를 증가시키게 된다. 블랭크의 일부만을 목표로 가열하기에 적당한 가열원, 예컨대 레이저가 사용되는 경우, 변형 영역 내 온도는 거의 증가하지 않는다. 블랭크의 치수 및 가열 방식에 따라 변형 영역의 길이는 다양할 수 있다.
가열원은 바람직하게는 블랭크에서 본 발명에 따라 디자인된 변형 구역만을 가열하도록 매우 작은 변형 영역 및/또는 블랭크의 일부를 가열한다. 변형 구역의 상하에 있는 블랭크의 일부는 더 낮은 온도를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 이것은 바람직하게는 재인발 장치가 변형 영역 너머에 있는 블랭크의 일부에 음영이 지도록 하는 하나 이상의 열 차폐부를 포함하는 조치에 의해 실현된다. 열 차폐부는 본 발명에 따라 디자인된 온도 분포가 실현되는 방식으로 엣지 영역에 또한 음영이 지도록 디자인될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 변형 영역 내 및/또는 중앙 영역 내 블랭크에 집중된 가열을 하는 가열원, 예컨대 레이저 또는 레이저 스캐너 등이 사용될 수 있다. 추가의 대안적인 구체예는 가열원에 관한 것이고, 그 가열원의 치수는 매우 작으며 변형 구역에 매우 근접하여서 실질적으로는 열이 변형 영역 및/또는 중앙 영역 너머의 영역으로 퍼지지 않도록 배치된다.
가열원은 방사선 히터일 수 있는데, 여기서 이의 가열 효과는 적당한 방사선 유도 및/또는 제한 수단에 의해 변형 영역 및/또는 중앙 영역으로 집중 및/또는 한정된다. 예를 들면, KIR(단파장 IR) 히터가 사용될 수 있는데, 여기서 음영이 지도록 함으로써 본 발명에 따른 바람직한 온도 분포를 갖는 변형 영역이 생성된다. 또한 (기체, 물 또는 공기에 의해) 냉각된 열 차폐부가 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 추가의 가열원은 레이저이다. 이 경우 레이저의 방사선 유도를 위해 레이저 스캐너가 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 디자인된 온도 분포를 조절하는 방식으로 변형 영역 내에 하나 이상의 냉각 설비가 배치될 수 있다. 냉각 설비는 바람직하게는 쿨링 핑거(cooling finger)이다.
상기 장치는 바람직하게는 재인발 설비의 하부 영역, 구체적으로는 변형 영역의 바로 아래 영역에 배치되는 냉각 구역을 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 변형 단계 직후, 유리의 점도는 더이상 상당한 변형이 발생하지 않도록 > 109 dPas의 값으로 변화시키는 것이 바람직하다. 이러한 냉각은 106 dPas/s 이상의 점도 변화를 일으키도록 실시되는 것이 바람직하다. 블랭크 유리에 따라 이것은 예를 들어 400∼1000℃ 범위의 온도 TK에 상응한다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는
- 변형 영역을 이탈한 후 블랭크를 냉각시키는 단계
를 추가로 포함한다.
> 109 dPas의 점도로 블랭크를 추가로 냉각시키는 것은 상온(예, 10∼250℃)에서 냉각시킴으로써 실현될 수 있다. 그러나, 블랭크는 또한 유체, 예컨대 기체 스트림 등에서 능동적인 방식으로 냉각될 수도 있다. 생성물은 변형 영역에서 이어지는 냉각 구역에서 매우 서서히 냉각되므로 잔류 장력이 적어도 어떠한 내향적 균열도 일어나는 일없이 시트 엣지의 제거 뿐만 아니라 후속적인 횡-절단(cross-cutting)을 허용하는 경우 특히 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 바람직한 바와 같이, 변형 구역이 블랭크 내에 생성되도록 변형 영역이 배치되고/되거나 가열원 및/또는 냉각 설비가 디자인된다. 블랭크를 가열함으로써 각 부위에서 유리의 점도는 블랭크가 인발될 수 있을 정도로 많이 감소된다. 이것은 블랭크가 더 길어진다는 것을 의미한다.
본 설명에서, 블랭크는 수직 방향으로 인발되지만, 본 발명의 기본 발상은 또한 블랭크가 수평 방향으로 또는 서로 고려가능한 인발 방향으로 인발되는 시설에서 구현될 수도 있다.
인발 단계에 따르면 블랭크의 두께 D는 더 좁아지게 된다. 블랭크는 바람직하게는 재인발 설비의 상부 영역에 배치된 홀더에서 그 상단부가 고정되는 것이 바람직하기 때문에, 블랭크의 인발은 중력의 영향에 의해 실시될 수 있다. 하지만, 바람직한 구체예에서, 재인발 설비는 바람직하게는 변형 영역 아래의 블랭크 부분, 구체적으로는 블랭크의 하단부에서 인발력을 발휘하는 인발 설비를 포함한다.
인발 설비는 재인발 설비의 하부 영역에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우 인발 설비는 블랭크의 대향 측 상에 작용하는 롤을 포함하도록 디자인될 수 있다. 블랭크는 제2 홀더에서 하단부가 탈착가능하게 장착될 수 있다. 특히, 제2 홀더는 인발 설비의 부품이다. 제2 홀더에는, 예를 들어 나중에 블랭크를 길이 방향으로 인발하는 웨이트(weight)를 장착할 수 있다.
바람직한 구체예에서, 블랭크는 본 방법이 연속 방식으로 실시될 수 있도록 변형 구역의 방향으로 정방향 이동하게 된다. 이를 위해 재인발 장치는 바람직하게는 블랭크를 변형 영역으로 이동시키기에 적당한 (통상 재인발 설비의 상부 영역에 있는) 공급 설비를 포함한다. 그래서 재인발 장치는 연속 조작으로 사용될 수 있다. 공급 설비는 블랭크가 인발되는 속도 VZ보다 낮은 속도 VN으로 블랭크를 변형 영역으로 이동시키는 것이 바람직하다. 그래서 블랭크는 길이 방향으로 인발된다. VN 대 VZ의 비율은 특히 < 1, 바람직하게는 0.8 이하, 더욱 바람직하게는 0.4 이하, 특히 바람직하게는 0.1 이하이다. 두 속도의 차이는 블랭크의 폭 및 두께의 감소 정도에 영향을 미친다.
블랭크는 가열 전에 예열되는 것이 바람직하다. 이를 위해 재인발 장치는 바람직하게는 블랭크를 온도 TW로 가열할 수 있는 예열 구역을 포함한다. 예열 구역은 바람직하게는 재인발 장치의 상부 영역, 따라서 변형 영역의 외부에 배치된다. 온도 TW는 대략 1010∼1014 dPas의 점도 ηW에 상응한다. 따라서, 블랭크는 바람직하게는 변형 영역에 진입하기 전에 예열된다. 그래서 변형 영역을 통한 더 빠른 이동이 가능하게 되는데, 그 이유는 온도 T1에 도달하는데 필요한 시간이 더 짧아지기 때문이다. 또한 예열 구역에 의해 고온 팽창 계수를 갖는 유리가 너무 높은 온도 구배로 인해 파괴되는 것을 피할 수 있다.
유리의 점도는 온도에 따라 달라진다. 각 온도에서 유리는 특정한 점도를 갖는다. 변형 구역에서 원하는 점도 η1 및/또는 η2를 실현하는 데 필요한 온도 T1 및/또는 T2는 유리에 따라 달라진다. 유리의 점도는 DIN ISO 7884-2, -3, -4, -5에 따라 측정된다.
블랭크는 바람직하게는 플루오로포스페이트 유리, 포스페이트 유리, 소다 석회 유리, 납 유리, 실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리 및 보로실리케이트 유리에서 선택된 유리로 이루어진다. 사용된 유리는 공업용 유리, 특히 공업용 판유리, 또는 광학 유리일 수 있다.
바람직한 공업용 유리는 소다 석회 유리 및 보로실리케이트 유리이다. 바람직한 구체예에서, 유리는 플라스틱 라미네이트에서 배리어 층을 위한 디스플레이 유리 또는 얇은 유리이다.
바람직한 광학 유리는 포스페이트 유리 및 플루오로포스페이트 유리이다. 포스페이트 유리는 유리 형성제로서 P2O5를 함유하는 광학 유리이다. 이후, P2O5는 유리의 주요 성분이다(즉, 유리 내에 존재하는 질량 분율이 더 높은 다른 성분이 없다). 포스페이트 유리에서 포스페이트 부분이 불소로 대체되는 경우, 플루오로포스페이트 유리가 얻어진다. 산화물 화합물, 예컨대 Na2O 등 대신 플루오로포스페이트 유리의 합성 경우 각 플루오르화물, 예컨대 NaF가 유리 혼합물에 첨가된다.
본 발명에 따르면, 바람직하게는 편평한 블랭크가 사용되며, 여기서 본 발명에 따르면 "편평한 블랭크"는 블랭크의 폭 B가 이의 두께 D보다 넓다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 블랭크의 폭 대 두께의 비율(B/D)은 5 이상, 더욱 바람직하게는 7 이상이다.
바람직하게는, 블랭크는 0.05 mm 이상, 더욱 바람직하게는 1 mm 이상의 두께 D를 갖는다. 그 두께는 바람직하게는 40 mm 이하, 더욱 바람직하게는 30 mm 이하이다. 블랭크의 폭 B는 바람직하게는 50 mm 이상, 더욱 바람직하게는 100 mm 이상, 가장 바람직하게는 300 mm 이상이다.
블랭크 L의 길이는 바람직하게는 500 mm 이상, 더욱 바람직하게는 1000 mm 이상이다. 일반적으로 블랭크가 더 긴 경우 더욱 효율적인 방식으로 본 방법이 실시될 수 있는 것이 사실이다. 그래서 또한 여전히 더 긴 블랭크가 고려될 수 있고 유리할 수 있다. 또한 연속 방식으로 블랭크를 공급하거나 롤로부터 블랭크를 풀어내는 방법의 실시가 고려될 수도 있다. 더하여, L > B인 것이 바람직하다는 것도 사실이다.
본 발명에 따른 방법은 또한 제1 롤 상에 감긴 블랭크에 의해 실시될 수도 있다. 이 경우 블랭크는 또한 재인발 장치의 상부 영역에 장착되지만, 이 방식에서 블랭크는 롤로부터 풀어질 수 있다. 이후 인발 설비 및/또는 공급 설비에 의해 롤로부터 블랭크의 자유 단부를 인발한다. 그리고나서 블랭크 내에서 본 발명에 따른 변형 구역이 형성되도록 바람직하게는 연속적이고 일정한 방식으로 변형 영역을 통해 블랭크를 인발한다. 재인발 장치를 통과한 후 이렇게 제조된 유리 부품은 바람직하게는 제2 롤 상에 감기게 된다. 블랭크는 시트 엣지(점증된 경계 영역)를 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 롤 상에 블랭크를 제공하고/하거나 롤 상에 편평한 유리 부품을 감음으로써 본 발명은 전체적으로 더욱 효율적으로 실시될 수 있는데, 그 이유는 블랭크가 힘든 방식으로 장치 내에 개별적으로 삽입되지 않아도 되기 때문이다.
마지막으로, 예를 들어, 컷팅에 의해, 얻어진 유리 부품을 단일 피스로 분리시킬 수 있다. 더하여, 또한 경우에 따라 유리 부품의 다소 점증된 경계 영역(시트 엣지)을 잘라낼 수 있다. 필요에 따라, 또한 유리 부품을 연마하고/하거나 코팅할 수도 있다. 본 발명에 따른 방법에 의해 유리의 사용가능한 표면적이 매우 넓은 유리 부품을 얻을 수 있다. 이는 요구된 품질을 갖는 유리 부품 부분이 매우 크다는 것을 의미한다. 본 발명의 방법에서 경우에 따라 사용 전에 제거해야 할 시트 엣지의 표면적 부분은 적다. 바람직하게는, 유리 부품은 두께 대 폭의 비율이 1:2 내지 1:20,000이다.
바람직하게는, 블랭크는 C 이하의 스트리크 클래스(streak class)로 분류될 수 있다. 스트리크 클래스는 광학적 경로 차이의 결과이다. 스트리크 클래스 C 또는 더 우수한 클래스의 경우 평판을 통한 광학적 경로 차이는 < 30 nm이어야 한다.
본 발명에 따르면 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 유리 부품이다. 유리 부품은 하나 이상의, 특히 2개 이상의 화염 연마된 표면을 포함한다. 화염 연마된 표면은 매우 평활한데, 즉 이의 조도는 매우 낮다. 기계적 연마와 대조적으로 화염 연마의 경우는 표면을 연마하는 것이 아니고, 표면이 흘러서 평활해질 정도로 높은 온도로 연마할 재료를 가열한다. 따라서, 화염 연마에 의한 평활 표면 제조에 대한 비용은 실질적으로 고도로 평활한 기계적 연마된 표면의 제조 비용보다 낮다. 블랭크는 연마될 수 있거나 또는 연마되지 않을 수 있다. 연마된 블랭크를 사용하는 경우 이로부터 제조된 유리 부품은, 추가의 표면 처리, 예컨대 분쇄 또는 연마를 하는 일 없이, 또한 특히 다수 용도에 충분한 표면 조도 및/또는 평활도와 관련된 표면 품질을 갖는다.
본 발명에 따른 방법에 의해 하나 이상의 화염 연마된 표면을 갖는 유리 부품이 얻어진다. 본 발명에 따른 유리 부품에 따르면, 용어 "표면"은 상부 및/또는 하부 측을 의미하고, 이에 따라 잔류 면과 비교하였을 때 양 면이 가장 크다.
본 발명의 유리 부품의 화염 연마된 표면(들)은 바람직하게는 5 nm 이하, 바람직하게는 3 nm 이하, 특히 바람직하게는 1 nm 이하의 제곱 평균 조도(Rq 또는 또한 RMS)를 갖는다. 얇은 유리의 조도 Rt의 깊이는 바람직하게는 6 nm 이하, 더욱 바람직하게는 4 nm 이하, 특히 바람직하게는 2 nm 이하이다. 조도의 깊이는 DIN EN ISO 4287에 따라 측정된다.
기계적 연마된 표면의 경우, 조도 값은 더욱 불량하다. 더하여, 기계적 연마된 표면의 경우 원자력 현미경(AFM)의 도움으로 연마 트래이스가 관찰될 수 있다. 추가적으로, 또한 AFM의 도움으로, 기계적 연마제, 예컨대 다이아몬드 분말, 철 산화물 및/또는 CeO2의 잔류물이 관찰될 수 있다. 기계적 연마된 표면이 항상 연마 단계 후에 세정되어야하기 때문에, 유리의 표면에서는 특정한 이온의 침출이 일어난다. 이러한 특정한 이온의 소모는 2차 이온 질량 분광분석(ToF-SIMS)의 도움으로 검출될 수 있다. 그러한 이온은 예를 들어 Ca, Zn, Ba 및 알칼리 금속이다.
도면 및 실시예는 본 발명의 특징 및 이점을 예시한다. 본 발명은 제시된 구체예에 한정되지 않는다.
개략적인 방식으로 도 1 및 2에는 단면적(각각 12, 22)을 갖는 블랭크(10), 유리 부품(20)이 각각 도시되어 있다. 블랭크(10)는 길이 lV 및 폭 B로 규정된다. 유사하게, 유리 부품(20)은 인발 방향(18)의 길이 lK 및 인발 방향(18)에 수직인 폭 bK로 규정된다. 엣지 영역(각각 14, 24)의 폭은 bR로서 규정된다. 유리 부품(20)의 두께의 경우 엣지 두께 및/또는 시트 엣지 두께 dR을 갖는 엣지 영역(24)과 중앙 영역(26)의 중앙 두께 dM을 구별한다. 본 발명에 따른 방법 동안 더 낮은 엣지 영역의 온도 및 통상 그 결과인 더 높은 점도로 인해 dR/dM > 1인 것이 사실이다.
유리 부품(20)은 바람직하게는 중앙 영역(26)에서 한 표면 또는 양 표면이 500 ㎛ 미만, 바람직하게는 100 ㎛ 미만, 특히 바람직하게는 10 ㎛ 미만의 평활도를 갖는 것을 특징으로 하고, 이때 DIN ISO 1101에 따른 평활도는 중앙 영역(26)의 표면을 포함한 2개의 평행 평면 사이의 거리를 의미한다. 더하여, 부품의 중앙 영역에서 표면 조도 Ra는 바람직하게는 20 nm 이하이다. 바람직하게는, 유리 부품은 5 mm 이하의 두께를 갖는다. 하지만, 본 발명에 따른 방법에 의해 또한 예를 들어 두께가 1∼2 mm 또는 또한 두께가 1.0 mm 이하, 바람직하게는 0.5 mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 mm 이하, 예컨대 0.05 mm 또는 심지어 0.01 mm 등인 실질적으로 더 얇은 부품이 제조될 수 있다.
도 3에는 개략적인 방식으로 유리 리본의 작은 측(도면에서 면적 A)을 향하는 그림 방향의 편평한 유리 부품의 재인발을 위한 장치가 도시된다. 블랭크(10)는 변형 영역(40)에 삽입된다. 이 블랭크를 영역(42a)에서 가열하고 더 좁은 두께를 갖는 부품으로 인발한다. 블랭크를 장착 설비(도시되지 않음)에서 그 상단부에 고정하고 롤러 및/또는 롤(44a 및 44b)에 의해 유리 리본의 하단부에 인발력을 가할 수 있다. 컷팅 장치 및/또는 분리 설비(49)에 의해 인발된 부품을 적당한 길이를 갖는 섹션으로 분리시킬 수 있다. 대안적인 구체예에서 인발된 유리 리본을 롤 상에 감을 수 있다. 이 도면에는 냉각 설비가 도시되지 않는다.
도 4a 및 4b에는 도 3에서와 동일한 유리 부품의 재인발을 위한 장치가 도시되지만, 여기서는 블랭크의 평면 B를 향하는 그림의 방향으로 도시된다. 바람직하게는, 인발 작동 동안 블랭크는 변형 영역에 계속적으로 투입된다. 이 경우 블랭크는 예를 들면 롤러 또는 롤에 의해 그 상단부가 고정될 수 있다. 블랭크의 변형 영역로의 투입 속도는 바람직하게는 두께의 방향으로 블랭크의 중앙 영역 및/또는 엣지 영역의 균일한 열 침투가 실현되는 방식의 조건으로 조정된다. 이 경우 균일함은 블랭크의 중앙 축에서 코어와 표면 온도 사이의 차이는 20 K보다 작은 것을 의미한다. 인발 단계 동안 너무 낮은 점도의 경우 너무 강한 변형 및 너무 높은 점도의 경우 유리의 인발 및 유리의 파쇄 방지에 충분한 점도를 보장하기 위해, 변형 영역에서 블랭크의 중앙 영역을 온도 T1로 가열한다. 엣지 영역의 온도는 온도 T2로 조정한다. 변형 영역을 하나 이상의 가열원, 예컨대 바람직하게는 전기 히터, 화염, 유도 가열원, 단파장 적외선(KIR), 중파장 적외선(MIR), 장파장 적외선(UR) 및/또는 레이저 빔에 의해 가열할 수 있다.
본 발명에 따르면 변형 영역에 삽입되는 블랭크는 엣지 영역에서 낮은 온도 T2 및 이에 따라 높은 점도 η2로 그리고 중앙 영역에서 높은 온도 T1 및 이에 따라 낮은 점도 η1로 조정된다. 변형 영역에서 이러한 온도차 ΔT = T1 - T2로 조정하기 위해 여기서는 각각 엣지 영역 및 블랭크의 중앙 영역을 가열하는 가열원(48a 및 48b)을 구별한다. 대안적으로, 엣지 영역은 또한 하나 이상의 냉각 설비에 의해 냉각될 수도 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면 블랭크의 변형 구역에서 자동적으로 원하는 온도 차이에 도달하도록 하는 방식으로 블랭크 상에 열을 가한다. 예를 들면, 이것은 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 가마에 의해 가능하다. 도 4b에서는 3개의 상이한 가열 구역을 확인할 수 있다. 온도는 엣지 구역이 중간 구역보다 냉각되도록 조정될 수 있다. 더하여, 가열 영역(48a 및 48b) 사이의 온도 차이는 가열 영역(48b)에서 가열원에 의해 가열을 강화시킴으로써 조정될 수 있다. 바람직하게는, 상기 영역(48a 및 48b) 내 변형 영역(40)에는, 예컨대 전기적 가열원 등을 별도로 조정가능하게 구비한다. 더하여, 경우에 따라 추가로 중간 영역은 레이저 빔, 화염에 의해 및/또는 유도적으로 가열될 수 있다. 예를 들면, 중간 영역에서 선택적 추가 열 공급은 영역(48b)에서 블랭크의 폭에 대하여 고주파의 레이저 빔을 유도함으로써 레이저 빔에 의해 구현될 수 있다. 여기서는 블랭크의 한 측으로부터의 레이저 빔에 의한 기본적인 가열은 충분하다는 것이 명백해진다. 하지만, 또한 양 측으로부터의 레이저에 의한 가열도 실시될 수 있다. 가열 영역(48a 및 48b) 사이의 온도 차이는 또한 또는 추가적으로 가열 영역(48a)에서 냉각 설비에 의한 냉각에 의해 조정될 수 있다.
바람직한 냉각 설비는 예를 들면 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 쿨링 핑거(50)이다. 쿨링 핑거(50)는 가열원의 음영화 및/또는 능동 냉각에 의해 블랭크의 엣지 영역의 온도를 감소시킨다. 추가적으로, 쿨링 핑거는 쿨링 핑거가 인발 공정 동안 제어된 온도를 가져서 엣지 영역에서 블랭크 온도가 정확하게 조정되도록 유체, 예컨대 공기, 에어로졸 또는 액체 등에 의해 능동적으로 냉각될 수 있다. 상기 유체는 상온의, 냉각 또는 가열된 쿨링 핑거 내에 투입될 수 있다.
도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 상기 쿨링 핑거(50)의 경우 한쪽으로만 개방된 튜브(51)가 제공될 수 있고, 여기서 제2 튜브의 제1 개구부가 제1 튜브 내부에 위치하도록 개구부를 통해 하부 단면, 특히 동축을 갖는 양쪽으로 개방된 제2 튜브(52)를 배치한다. 유체는 제2 튜브의 제2 개구부를 통해 규정된 유동으로 제2 튜브 내로, 제1 개구부로부터, 이후 제1 튜브 내로 그리고 제1 튜브로부터의 개구부를 통해 유동할 수 있다. 추가적으로, 또한 배플(baffle)(53)은 블랭크의 엣지 영역과 가열원 사이의 영역에 배치되는 냉각 설비의 추가 부재로서 사용될 수 있다. 그래서 적당한 방식으로 유리의 온도 분포는 원주 방향(각도 세그먼트)으로 조정될 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 예를 들어 가열원으로서 머플의 축 방향으로도 조정될 수 있다. 바람직한 구체예에 따르면, 이러한 냉각 설비는 어떤 부위에서도 유리 리본과 접촉하지 않는다. 이는 특히 생성된 유리 부품에서 평활도 및/또는 표면 조도와 관련된 결함뿐만 아니라 불순물 및 장력의 방해의 발생을 방지한다. 장력은 냉각 동안 유리 리본의 파쇄를 초래할 수 있다. 바람직하게는, 냉각 설비는 블랭크의 표면으로부터 0∼50 cm, 바람직하게는 0.1∼10 cm, 특히 바람직하게는 0.1∼5 cm의 거리에 배치된다. 냉각 및/또는 가열 설비에 의해 온도 프로파일이 생성되고, 여기서 유리 리본의 엣지 영역과 중앙 영역의 온도 차이는 바람직하게는 > 0∼100℃, 바람직하게는 10∼60℃이다.
도 5a 및 5b에는 또한 블랭크의 중앙 M이 도시될 수 있다. 블랭크의 폭은 하향 방식으로 감소된다. 또한 블랭크의 폭을 감소(B → b)시킬수록 도 5a에서는 냉각 설비(50)에 대한 중앙 M의 수평 거리가 감소된다. 본 발명에 따른 변형 구역에서 온도 분포를 실현하기 위해 수많은 다른 가능성도 고려 대상이다. 도 5a에 도시된 가능성 이외에, 여기서 냉각 설비는 폭이 증가된 배플(53)이 구비되고, 또한 냉각 설비는 도 5b에서와 같이 디자인될 수 있고 예를 들어 블랭크의 중앙의 방향으로 정렬될 수 있다.
하기 표는 제조된 유리 부품의 폭 대 두께의 비율에 대한 본 발명의 조치의 결과를 나타낸다.
Figure 112014050961785-pat00001
엣지 영역의 냉각은 폭 대 두께의 비율이 10.7배로 증가될 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 온도 분포가 변형 구역의 75% 이상으로 적용되는 경우, 이것은 거의 70% 비율의 추가 증가를 유도할 수 있다. 낮은 변형 구역의 조합 사용은 또한 100%보다 높은 증가를 유도한다. 그래서 편평한 유리 부품은 실질적으로 더욱 효율적인 방법으로 제조될 수 있다.
참조 기호 목록
10 블랭크
12 단면적
14 엣지 영역
16 중앙 영역
18 인발 방향
20 유리 부품
22 단면적
24 엣지 영역
26 중앙 영역
40 변형 영역
42 변형 구역
44a,b 장착 설비
46 가열 설비
48a,b 가열 영역
49 분리 설비
50 쿨링 핑거
51 튜브
52 제2 튜브
53 배플

Claims (10)

  1. a. 평균 두께 D 및 평균 폭 B를 갖는 유리의 블랭크(10)를 제공하는 단계,
    b. 상기 블랭크(10)를 가열하는 단계, 및
    c. 상기 블랭크(10)를 평균 두께 d 및 평균 폭 b로 인발하는 단계
    를 포함하고,
    여기서 블랭크(10)는 중앙 영역(16) 및 2개의 엣지 영역(14)을 포함하고 중앙 영역(16)이 엣지 영역(14)의 온도 T2보다 높은 온도 T1에 도달하도록 변형 구역(42)에서 블랭크(10)의 온도가 조정되며, 변형 구역(42)은 1.05*d 내지 0.95*D의 두께를 갖는 블랭크(10)의 일부인 유리의 재인발 방법으로서,
    상기 온도가 조정되는 변형 구역(42) 부분은 변형 구역의 75% 이상의 높이에 걸쳐 연장되며, 엣지 영역(14)은 하나 이상의 냉각 설비(50)에 의해 냉각되고, 블랭크(10) 폭의 감소에 따라 냉각 설비(50)와 블랭크(10)의 중앙 M 사이의 거리가 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도가 조정되는 변형 구역(42) 부분은 변형 구역(42)의 전체 높이에 걸쳐 연장되는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온도 T1 및 T2는 엣지 영역(14)에서의 선택적 냉각 또는 중앙 영역(16)에서의 선택적 가열에 의해 실현되는 것인 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 냉각 설비(50)는 블랭크(10)와 가열원(46) 사이에 배치된 하나 이상의 배플(baffle)(53)을 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 냉각 설비(50)는 유체가 냉각 설비(50)를 통해 유도될 수 있도록 디자인된 것인 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 엣지 영역(14)은 각각 블랭크(10) 폭의 1% 이상 및 25% 이하인 폭을 갖는 것인 방법.
  8. 삭제
  9. 변형 영역(40)에 배치된 블랭크(10)를 가열하기 위한 변형 영역(40)을 갖는 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실시하는 장치로서,
    중앙 영역(16)이 온도 T1에 도달하고 엣지 영역(14)이 온도 T2에 도달하며 이러한 온도는 변형 구역(42)의 75% 이상의 높이에 걸쳐 유지되도록 블랭크(10)의 변형 구역 내의 온도 분포를 조정하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 장치는 엣지 영역을 냉각시키기 위한 하나 이상의 냉각 설비(50)를 포함하고, 상기 냉각 설비는 블랭크(10) 폭의 감소에 따라 냉각 설비(50)와 블랭크(10)의 중앙 M 사이의 거리가 감소되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 삭제
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