KR101780812B1

KR101780812B1 - 글래스 리본의 만곡 콘트롤

Info

Publication number: KR101780812B1
Application number: KR1020100057519A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 로이 버데트
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2017-09-21
Also published as: TW201100338A; US8113015B2; JP2011001261A; TWI461373B; JP4967046B2; US20100319402A1; CN101928100B; KR20100135678A; CN101928100A

Abstract

다운드로우 공정에 의해 생성된 수직 글래스 리본(13)의 만곡(형태)을 콘틀롤하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 리본(13)이 가스-충만 수직 인클로저(23), 예컨대 드로우 타워를 통과하는 단계를 포함하며, 하부(31)가 대기에 개방된다. 상기 리본(13)은 인클로저 내부 볼륨(29)이 제1서브-볼륨(25) 및 제2서브-볼륨(27)으로 분할되는 격벽으로 작용한다. 스택 효과를 사용하면, 인클로저 길이의 적어도 일부(DDZ)에 걸친 제1서브-볼륨(25)과 제2서브-볼륨(27)간 포지티브 압력차가 생성된다. 리본(13)의 엣지가 억제되어 적어도 DDZ를 걸쳐 제2서브-볼륨(27)으로 이동하지 못한다. 결과적으로, 리본은 제1서브-볼륨(25)에 면하는 오목부 및 제2서브-볼륨(27)에 면하는 볼록부로 만곡된다.

Description

글래스 리본의 만곡 콘트롤{CONTROL OF THE BOW OF A GLASS RIBBON}

본 출원은 2009년 6월 17일자 출원된 미국 특허출원 제12/486,236호의 이점을 청구한다. 여기에 언급된 본 문서의 내용 및 전체 공개 개시내용, 특허 내용, 및 특허문서 내용들은 참조로 여기에 반영된다.

본 발명은 오버플로우 퓨전 다운드로우 공정(overflow fusion downdraw process)과 같은 다운드로우 공정에 의해 생성된 글래스 리본에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 그와 같은 리본의 평면외 만곡(out-of-plane bow)을 콘트롤하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 콘트롤은 기존의 만곡을 안정화시키는 단계 또는 새로운 만곡을 생성하는 단계를 포함한다.

잘 알고 있는 바와 같이, 오버플로우 퓨전 다운드로우 공정은 디스플레이 장치 제조에 사용하는 기판을 만들기 위한 선행 글래스 제조 공정 중 하나이다. 예컨대, 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)는 그 중에서도 노트북 컴퓨터, 평판 패널 데스크탑 모니터, LCD 텔레비전, 및 다양한 통신장치에 사용된다.

TFT-LCD 패널 및 유기발광다이오드(OLED) 패널과 같은 많은 디스플레이 장치는 평평한 글래스 시트(글래스 기판)로 직접 만들어진다. 생산성을 증가시키면서 비용을 감소시키기 위해, 통상의 패널 제조공정은 단일 기판으로 다수의 패널을 동시에 제조한다.

경제적인 규모의 이점을 취하기 위해, 디스플레이 제조자들은 지금까지 다수의 디스플레이 및/또는 보다 큰 디스플레이가 각각의 개별적인 기판으로 제조될 수 있도록 보다 큰 기판을 요구하고 있다.

보다 큰 기판의 제조가, 특히 기판 두께가 통상 1 mm 이하, 예컨대 과거 0.7 mm 및 현재 몇몇 경우 0.3 mm 정도인 기판 두께의 관점에 따라 글래스 제조 산업분야에서 도전해야 할 과제로 떠오르고 있다.

특히, 드로잉 타워(drawing tower)에서의 글래스 리본의 동작을 처리하는 문제에 직면하고 있다. 알 수 있는 바와 같이, 리본이 더 넓어지고 더 얇아짐에 따라, 2개의 계층 또는 그 이상의 오더(order)로 간격을 두고 아래로 이동하면서 냉각됨에 따라 복잡한 동작 및 형태에 민감해진다. 디스플레이 장치에 사용된 기판에 요구되는 표준 때문에, 리본의 외부 엣지(비드 부분(bead portion))와 접촉하는 잠재적인 영역을 제한하여 청결을 유지해야 한다.

이들 고려사항의 중요성 때문에, 리본의 형태를 콘트롤하는 문제가 상당한 기술적인 도전의 과제가 되고 있다. 이러한 문제는 이하의 물질의 중간을 터치하지 않고 움직이는 물질의 형태를 콘트롤함으로써 처리될 수 있다: (i) 상기 물질은 티슈 페이퍼와 같지 않은 기계적인 특성을 갖고, (ii) 상기 물질은 2 m 또는 그 이상의 폭으로 연속 생성되며, (iii) 상기 물질은 이 물질의 기계적인 특성에 기능적으로 영향을 미치는 복합적인 온도 및 스트레스 분포로 처리된다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하여 리본의 양질의 부분을 접촉하지 않고 수직 글래스 리본의 평면외 만곡을 형성 및/또는 안정화시키기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 다운드로우 공정에 의해 생성된 수직 글래스 리본(13)의 만곡을 콘트롤하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은:

(a) 가스-충만 수직 인클로저(23)를 통해 리본(13)을 통과시키는 단계;

(b) (i) 상기 리본(13)의 제1서브-볼륨(25) 측 상의 평균 가스 밀도와 (ii) 상기 리본(13)의 제2서브-볼륨(27) 측 상의 평균 가스 밀도간 차를 상기 인클로저(23)의 길이를 따라 수직 존에 걸쳐 생성함으로써 상기 인클로저(23) 길이의 적어도 일부를 따라 제1서브-볼륨(25)과 제2서브-볼륨(27)간 포지티브 압력차를 형성하는 단계; 및

(c) 적어도 수직 존에 걸쳐 제2서브-볼륨(27)으로 엣지의 움직임을 방지하도록 상기 리본(13)의 엣지를 억제하는 단계를 포함하며,

(i) 상기 인클로저(23)는 내부 볼륨(29)을 정의하는 벽(17)을 포함하고,

(ii) 상개 내부 볼륨(29)의 하부(31)가 개방되어 상기 하부의 압력이 주변 대기의 압력이 되며,

(iii) 상기 리본(13)은 상기 인클로저의 내부 볼륨(29)을 제1서브-볼륨(25) 및 제2서브-볼륨(27)으로 분할하는 격벽으로 작용하고,

상기 리본(13)의 제1서브-볼륨(25) 측 상의 평균 가스 밀도는 상기 리본(13)의 제2서브-볼륨(27) 측 상의 평균 가스 밀도보다 작다.

본 발명의 상기 요약에 사용된 도면참조번호는 독자의 편의를 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다. 특히, 상기의 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명의 예시에 불과하며, 본 발명의 특성 및 특징을 이해시키기 위한 개관 및 뼈대를 제공하려는 것임을 이해해야 한다.

본 발명의 추가 특징 및 장점들이 이하 상세히 기술되고, 부분적으로는 당업자라면 여기에 기술한 바와 같은 본 발명을 실시함으로써 명확히 이해할 수 있을 것이다. 본 발명을 좀더 이해시키기 위한 수반되는 도면들이 포함되며, 이들 도면들은 본 명세서의 일부로 통합되어 구성될 것이다. 본 명세서 및 도면에 개시된 본 발명의 여러 특징들은 다양한 모든 조합에 사용될 수 있다.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 의하면, 리본의 양질의 부분을 접촉하지 않고 수직 글래스 리본의 평면외 만곡을 형성 및/또는 안정화시키기 위한 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 퓨전 글래스 제조 장치를 나타낸 개략 횡단면도이다.
도 2는 리본의 한 측 상의 압력에 의한 밴딩의 분석에 사용된 분석 형태 및 가변 정의를 나타낸다.
도 3은 스택 효과의 분석에 사용된 형태의 개략 횡단면도이다.
도 4는 리본에 걸친 스탭 온도차(점선 커브)에 의해 생성된 DDZ에 대한 산출된 압력 커브(실선 커브)의 플롯이다. 상기 스탭 온도차는 인클로저(드로우 타워)의 하부에 존재한다.
도 5는 도 4의 산출된 압력 커브(실선 커브)를 반복하는 플롯이고, 스탭 온도차에 의해 생성된 가스 밀도의 차를 나타낸다.
도 6은 리본에 걸친 상향 후 하향되는 스탭 온도차(점선 커브)에 의해 생성된 2개의 DDZ에 대한 산출된 압력 커브(실선 커브)의 플롯이다. 제1스탭 온도차는 인클로저(드로우 타워)의 하부에 존재하고, 제2스탭 온도차는 상기 제1스탭 온도차 바로 위에 존재한다.
도 7은 도 6의 산출된 압력 커브(실선 커브)를 반복하는 플롯이고, 스탭 온도차에 의해 생성된 가스 밀도의 차를 나타낸다.
도 8은 리본의 2개 측 상의 가스 유동의 차에 의해 발생한 리본에 걸친 온도차(점선 커브)에 의해 생성된 DDZ에 대한 산출된 압력 커브(실선 커브)의 플롯이다.
도 9는 도 8의 산출된 압력 커브(실선 커브)를 반복하는 플롯이고, 가스 유동의 차에 의해 생성된 가스 밀도의 차를 나타낸다.

이하의 설명은 오버플로우 퓨전 다운드로우 공정(또한 퓨정 공정, 오버플로우 다운드로우 공정, 또는 오버플로우 공정으로 알려진)에 관한 것으로, 여기에 개시된 방법 및 장치는 슬롯 드로우 공정(slot draw process)과 같은 다른 다운드로우 글래스 제조 공정들에 적용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 퓨전 장치가 종래기술로 공지되어 있기 때문에, 실시예의 설명을 불명확하게 하지 않기 위해 상세한 설명은 생략한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 통상의 퓨전 장치는 전송 튜브(도시하지 않음)로부터 용융 글래스(9)를 수용하기 위한 웨어(7; weir)에 의해 정의된 트루프(5; through)를 포함하는 형성 구조(3; 아이소파이프)를 채용한다. 용융 글래스(9)는 웨어(7)를 넘쳐 아이소파이프의 루트(11)에 도달할 때까지 아이소파이프의 외면을 따라 내려간다. 그 지점에서, 아이소파이프의 2개의 융합 측으로부터 용융 글래스의 2개의 시트가 단일 리본(13)을 형성하기 위해 함께 결합된다. 루트의 하류에서, 하나 또는 다수 세트의 풀링 롤러(도시하지 않음)가 리본의 바깥 엣지부와 접촉하여 콘트롤된 비율로 루트로부터 분리되는 리본에 응력을 인가한다.

상기 용융 글래스를 오염으로부터 보호함과 더불어 그 온도의 콘트롤을 돕기 위해, 아이소파이프(3) 및 글래스 리본이 인클로저(23) 내에 수용된다. 이러한 인클로저의 내면은 인클로저를 통과함에 따라(다운드로우) 리본의 온도(냉각비율)를 콘트롤하기 위한 뱅크의 와인딩(banks of windings)을 포함한다. 도 1 및 3에 나타낸 횡단면은 인클로저의 깊이(전후방)를 컷팅한 평면을 따르고, 그 인클로저의 폭(좌우)은 보통 상기 깊이보다 크고 리본의 표면에 평행하다.

전체 공정의 일부로서, 이동하는 글래스 리본으로부터 각 개별 글래스 시트가 분리되어야 한다. 이는 통상 리본을 스코링(scoring)한 후, 글래스 시트가 스코어 라인(score line)에서 리본으로부터 분리되도록 스코어 라인을 따라 리본의 표면에 대해 글래스 시트를 밴딩함으로써 나머지 리본으로부터 스코어 라인 아래의 리본의 일부(각 개별 글래스 시트)를 분리하는 단계를 포함한다. 스코링 및 밴딩은 보통 이동 앤빌(moving anvil)에 의해 리본의 한 측을 접촉하고, 다른 측을 스코링한 후, 스코어 라인의 앤빌 근처를 밴딩함으로써 리본으로부터 각 개별 시트를 분리함으로써 수행된다. 시트 분리 장비의 통상 위치가 도면참조번호 19로 도 1에 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 그 분리는 인클로저(23) 아래에서 수행된다.

그와 같은 방식으로 굴곡되는 글래스 리본은 그 중심이 아니라 리본의 엣지가 리본을 밴딩시킬 앤빌을 터치하는 것이 스코링 및 브레이킹 공정의 안정성을 위해 바람직하다. 글래스의 스코링은 어느 한 엣지에서 시작되어 또 다른 엣지로 진행한다. 스코링 헤드에 의해 플랫(flat)을 누름으로써 리본이 트위스트되지 않도록 이러한 공정 동안 엣지가 앤빌 상에 있는 것이 바람직하다. 분리 동안, 바람직하게는 크랙(crack)이 한쪽 또는 양쪽 엣지에서 시작되어 중심 쪽으로 진행한다. 밴딩이 시작될 때 엣지가 앤빌을 터치하면, 최대 스트레스 하의 영역은 엣지에서 크랙이 시작된다.

퓨전 형성 공정에 있어서, 리본은 종종 형태가 다른 몇가지 안정된 구성들을 가질 수 있다. 공정 조건의 변경은 리본이 이들 안정된 구성들간 스의치할 수 있게 한다. 이는 특히 여러 안정된 구성들 중 쉬운 전이를 허용하는 낮은 유효 강성을 갖는 폭넓고 얇은 리본에서 가능하다. 다른 여러 장소 중에서, 분리 지점에서의 리본 형태가 활발하게 변경될 수 있다. 따라서, 이들 형태의 변경은 리본에 걸친 굴곡이 사인(sign)을 변경할 수 있는 본질이 될 수 있다. 상술한 바와 같이, 어느 하나 또는 모든 이들 형태의 변경은 분리 공정에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 이들 형태의 변경은 제품 특성에 영향을 미쳐, 몇몇 경우 고객이 받아들일 수 없는 글래스 시트를 제공한다. 따라서, 공정에 있어서의 리본의 형태가 시간에 따라 작은 변경만을 허용하고 안정성을 유지하는 것이 바람직하다.

퓨전 형성 공정에 있어서는 리본 온도의 조절을 통해 분리 지점에서의 리본 형태를 어느 정도 콘트롤하고 있다. 그러나, 그 온도는 분리 장비가 가열 및 냉각을 위해 리본에 접근하는 것을 방해하기 때문에 분리 지점 위에서 조절되어야 한다. 따라서, 리본 온도 조절의 실효성이 다소 제한적이다. 더욱이, 리본 형태의 콘트롤이 롤러, 에어 베어링, 및 다른 유사한 장비와 같은 여러 물리적 수단을 통해 제공된다. 효과적이기는 하지만, 글래스 리본을 물리적으로 터치하는 장비는 종종 공정의 동작 윈도우(operating window)를 감소시켜, 작은 공정 변경에 좀더 민감하게 작용한다. 특히, 엣지 상의 리본 클램핑(clamping)이 문제가 된다.

이들 종래의 접근방식과 반대로, 본 발명은 리본의 만곡, 또는 좀더 일반적으로는 리본의 형태를 콘트롤하기 위해 제공되는 리본에 걸친 압력차를 생성하기 위해 "스택 효과(stack effect)"를 이용한다(이하, 참조). 다른 기술에 의지하지 않고 여기에 기술된 기술들의 사용이 소정 애플리케이션에 바람직하나, 본 발명이 이전에 사용된 그리고 상술한 타입의 형태 콘트롤 기술들에 사용될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

일반적으로, 수직 엣지가 지지되고 상부 및 하부가 억제되지 않은 넓은 글래스 리본은 다른 측이 지지된(억제된) 엣지의 한 측에 동일한 압력을 로딩(loading)시킴으로서 굴곡될 수 있다. 기본적인 형태가 도 2에 나타내 있으며, 여기서 13은 글래스 리본이고, "w", "t" 및 "R"은 각각 리본의 폭, 두께, 및 굴곡 반경이며, "b"는 엣지 억제부(21)를 통과하는 평면에 대한 변위이다. 즉, "b"는 리본의 최대 평면외 변위이다.

리본이 로딩되지 않은 것으로 달리 가정하면, 리본 두께에 걸친 압력차 ΔP_1-2로 인한 리본 중심의 휨(deflection)은 이하의 식 (1)로 주어진다:

(1)

여기서, E는 글래스의 영률(Young's modulus)이고, ν는 글래스의 푸아송비(Poisson ratio)이며, 압력차 ΔP_1-2는 글래스의 오목 측(보다 높은 압력 측; 측1)에서 글래스의 볼록 측(보다 낮은 압력 측; 측2)까지이다. 이 식에서, 리본이 상부 및 하부에서 억제되지 않는다는 것이 추정된다. 상기 식은 주어진 휨을 얻는데 필요한 압력 로딩을 제공하기 위해 쉽게 재배열된다.

(2)

중요하게, 다음의 대표적인 계산이 나타내는 바와 같이, 본질적인 크기(예컨대, 그 중심에서 2 cm)를 갖는 만곡을 생성하거나 안정화하는데 필요한 요구된 압력은 크지 않다. 예컨대, 다음의 대표적인 특성을 갖는 리본을 고려한다:

폭(w) : 2500 mm

두께(t) : 0.7 mm

영률(E) : 71016 Mpa

푸아송비(ν) : 0.23

원하는 만곡(b) : 20 mm

이들 값에 있어서, 식 (2)로부터 ΔP_1-2는 0.084 Pa이다. 이하 기술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 이러한 그리고 보다 큰 크기의 압력차는 리본의 어느 측에서든 가스에 대한 밀도차를 생성함으로써 달성된다. 또한, 이하 기술하는 바와 같이, 그 밀도차는 "스택 효과"로 알려진 현상을 통해 압력차를 야기한다.

다음의 분석에 있어서, 리본은 클로저의 내부 볼륨(29)을 2개의 서브-볼륨(25, 27; 도 1 및 도 3 참조)으로 분할하는 격벽으로 작용하는 것으로 추정된다. 상기 서브-볼륨들은 통상 유사한 볼륨을 갖지만, 원할 경우 다른 볼륨을 가질 수 있다. 실제로, 리본은 인클로저의 내부 볼륨의 전체 폭에 걸쳐 확장하지 않는다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 리본은 인클로저의 전체 길이에 걸쳐 확장할 필요가 없다. 따라서, 가스는 리본의 측 엣지 주변 및/또는 리본의 상부를 따라 유동할 수 있다. 이러한 관점에서, 리본은 완전한 격벽이 아닌, 즉 부분적인 격벽인 것으로 생각될 수 있지만, 압력차가 유지될 수 있도록 서브-볼륨들간 충분한 유동 분리를 제공한다. 여기 및 청구항에 사용된 바와 같은 단어 "격벽"은 완전한 격벽에 반대되는 부분적인 격벽을 의미한다. 일반적인 경험상, 리본은 인클로저의 내부 볼륨 폭의 적어도 약 80%에 걸쳐 확장될 수 있다.

동일 라인을 따라, 인클로저(23)의 벽(17)은 보통 주변 대기와 인클로저의 내부 볼륨(29)간 모든 유동을 방지하는 완전한 벽이 되지 못한다. 오히려, 리본과 같이, 그 벽은 원하는 압력 레벨이 서브-볼륨들 내에서 유지될 수 있도록 각각의 서브-볼륨(25, 27)과 주변 대기간 충분한 분리를 제공해야만 한다.

실제로, 2개의 서브-볼륨을 채우는 가스는 통상 동일하며 에어가 된다. 그러나, 원하는 특정 애플리케이션의 경우, 에어가 아닌 다른 가스(예컨대, 헬륨)가 사용되고, 리본의 2개 측 상의 가스가 다를 수 있으며, 그 자체의 리본에 걸친 압력차를 생성할 수 있다(이하의 식 (7)의 설명 참조).

상세히 도 3에 나타낸 바와 같이, 도 1의 인클로저는 각각의 측이 가스로 채워진 글래스 리본에 의해 2개의 측으로 분리된 상부가 폐쇄되고 하부가 개방된 단순한 박스 형태로 형성될 수 있다. 이하, z＜0인 곳을 측1로서 리본의 제1측이라 하고, z＞0인 곳을 측2로서 리본의 제2측이라 한다. 리본으로부터 각 개별 글래스 시트의 분리와 관련하여 사용될 경우, 측1은 보통 분리 장비의 앤빌 측 상에 위치되고, 저밀도/고압을 갖는다.

만약 리본의 각 측 상의 가스의 밀도가 동일하지 않으면, "스택 효과"로서 HVAC 엔지니어에 의해 언급된 것에 따라 압력차의 결과가 나타날 것이다. 스택 효과의 언급은 예컨대 ASHRAE Fundamentals Handbook에서 찾을 수 있다. 또한, Wang, S., Handbook of Air Conditioning and Refrigeration(2^nd Edition), McGraw-Hill, 2001을 참조하라.

스택 효과에 따른 인클로저의 2개 측간 압력차는 이하의 식 (3)과 같다:

(3)

여기서, y, g, P₁, P₂, ρ₁, 및 ρ₂는 이하에 대응된다:

y : 중력방향의 반대로 증가하는 수직 상승 좌표이며, 인클로저의 하부에서 0.

g : 중력, 통상 9.81 m/s².

P₁ : 인클로저의 측1 상의 압력.

P₂ : 인클로저의 측2 상의 압력.

ρ₁ : 인클로저의 측1 상의 가스의 밀도.

ρ₂ : 인클로저의 측2 상의 가스의 밀도.

또한, 여기서 인클로저 하부에서(y=0)의 압력은 이하의 조건식을 만족한다:

(4)

이러한 조건은 인클로저의 하부가 대기에 개방되기 때문에 주어진다.

식 (3)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 만약 측1 상의 밀도가 측2의 밀도보다 낮으면, 측1 상의 압력이 더 높다. 식 (3)에서 압력차가 밀도차의 적분으로 상승하기 때문에, 인클로저의 전체 높이에 걸쳐 밀도차를 유지할 필요가 없으나, 다만 전체 높이의 일부에 걸쳐서만 유지한다. 밀도차 존(Density Difference Zone; DDZ)과 같이 측1과 측2간 밀도차를 갖는 인클로저의 일부 또는 일부분들을 언급한다. 표시된 곳을 제외하고, 이하의 설명에서 표현을 쉽게하기 위해, 인클로저가 단일의 DDZ만을 갖는 것으로 가정하나, 실제로는 인클로저가 이 인클로저의 길이에 걸쳐 간격을 두고 다수의 DDZ를 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 경우, 인클로저의 전체 길이가 DDZ로서 기능할 수 있다.

이하의 식 (5)와 같이 DDZ에 걸친 평균 밀도차를 정의할 수 있다:

(5)

여기서, DDZ는 상승 y_b에서 시작하여 상승 y_t에서 종료된다. 상술한 바와 같이, 상승 y_b 및 y_t는 인클로저의 하부 및 상부가 될 수 있다.

상기 식 (1) 및 (3)을 이용하여, 만곡의 결과의 크기 "b"를 갖는 DDZ에 걸친 평균 밀도차와 관련된 이하의 관계식 (6)이 얻어질 수 있다:

(6)

상기 DDZ 이상의 상승에서, 리본 만곡은 인클로저의 또 다른 DDZ 또는 리본의 다른 로딩이 있지 않는 한 대략 "b"가 된다. DDZ 이하에서, 리본은 압력차를 갖지 않기 때문에, 리본의 특성에 따라 DDZ 이하의 실제 거리에 대해 안정된 구성을 나타낼 지라도, 원하는 만곡에 도달하지 못한다. 소정 실시예에 있어서, 새로운 만곡을 생성하는 것과 반대로, 기존의 만곡을 안정화시키기 위해 DDZ가 사용될 수 있다. 그와 같은 경우에, 그 만곡의 방향이 기존의 만곡과 매칭되도록 선택될수 있다. DDZ의 존재는 리본의 형태가 만곡된 조건에서 다른 더 적은 원하는 구성으로 스위치될 가능성을 감소시킬 것이다. 상술한 바와 같이, 특정치의 형태 안정성은 리본으로부터의 각 개별 글래스 시트의 분리와 연관된다. 또 다른 선택으로서, DDZ는 앞선 기존의 만곡에 반하여, 리본을 다른 더 많은 원하는 구성으로 스위치하는 것을 돕는다. 여기에 사용된 바와 같이, 문구 "글래스 리본의 만곡을 콘트롤하는"은 글래스 리본의 형태에 영향을 미치기 위해 이들 및 DDZ의 다른 애플리케이션을 포함하기 위한 것이다.

리본을 만곡시키는데 요구된 압력차를 발생시키기 위해 필요한 밀도차는 리본의 각 측 상의 가스의 성분에 기인될 수 있다. 따라서, 리본의 2개 측 상에 다른 성분을 갖는 가스를 사용함으로써, 2개 측 상의 온도 분포가 동일할 지라도 밀도차가 생성될 수 있다. 좀더 일반적으로, 밀도차를 생성하여 압력차를 생성하기 위해 온도차가 사용된다.

대기압에 가까운 안정 가스 또는 준-안정 가스에서, 밀도는 이하의 가스 법칙 식 (7)에 의한 압력 및 온도와 관련 있다:

(7)

가스 밀도(ρ)

압력(P) : 약 101325 Pa = 1 atm

분자량(M) : 에어에 대해, 28.8 kg/kmol

가스 상수(R) : 8314 J/kmol/K

가스 온도(T)

만약 압력 변경이 작으면, 다운드로우 타워의 경우에서와 같이, 밀도는 오직 온도 및 성분 함수와 관련될 수 있다. 성분은 가스의 평균 분자량, 즉 식 (7)의 M을 통해 밀도에 영향을 미친다. 이하에서, 성분이 글래스 리본의 양 측이 동일하다고 가정하면, 밀도는 단지 온도의 함수이다. 따라서, 식 (7)을 사용할 경우, 리본에 걸친 압력차가 이하의 식 (8)과 같이 구해질 수 있다:

(8)

여기서:

평균 압력 :

측1 상의 가스 온도 : T₁

측2 상의 가스 온도 : T₂

상기 식 (8)로부터 알 수 있는 바와 같이, 측1 및 측2로부터의 압력차는 이들 측들간 온도차에 의해 생성될 수 있다. 온도차는 다수의 수단에 의해 생성될 수 있으며, 가장 단순한 방법이 리본의 한 측에 또 다른 측보다 높은 파워를 인가하여 전기적 가열하는 것이다. 이는 보다 높은 파워에 의해 리본의 측 상의 가스를 가열하는 효과를 갖는다. 보다 높은 온도 가스가 보다 낮은 밀도를 가지며, 따라서 스택 효과에 따라 그 압력이 보다 낮은 온도가스의 압력보다 높다. 따라서, 리본은 보다 높은 온도 측에서 낮은 온도 측으로 만곡될 것이다. 즉, 리본의 엣지(도 2의 21 참조)가 억제되는 것으로 추정되며, 보다 높은 온도 측으로 오목해지고 보다 낮은 온도 측으로 볼록해질 것이다.

그와 같은 온도차의 효과의 예가 도 4 및 5에 나타나 있다. 이들 도면 및 도 6-7 및 도 8-9에 있어서, 수평축은 미터(meters)로 나타낸 인클로저의 하부로부터 상승을 나타내고, 우측의 수직축은 파스칼(pascals)로 나타낸 압력차(P₁-P₂)를 나타내며, 좌측의 수직축은 도 4, 6, 및 8의 경우 ℃로 나타낸 온도차(T₁-T₂), 도 5, 7, 및 9의 경우 kg/m³으로 나타낸 밀도차(ρ₁-ρ₂)를 나타낸다. 각각의 도면에서 실선 커브는 압력차를 나타내고, 반면 점선 커브는 도 4, 6, 및 8에서 온도차, 도 5, 7, 및 9에서 밀도차를 나타낸다. 이들 도면에서 수평의 화살표는 수직축이 실선 및 점선 커브로 제공되는 것을 나타낸다. 도 4-9에 걸쳐, 계산을 위해 사용된 가스는 28.8 kg/kmol의 분자량을 갖는 에어이고 표준의 기준에 쉽게 이용가능한 다른 물리적 특성을 갖는다.

도 4-5에서 시험된 경우, 보다 높은 파워가 보다 높은 온도를 야기하기 위해 리본의 측1 상에 인가된다(예컨대 T₁(y)＞T₂(y)이도록 도 3의 T_1w(y)＞T_2w(y), 여기서 T_1w(y) 및 T_2w(y)가 벽 온도이고 T₁(y) 및 T₂(y)가 가스 온도이다). 측1 상의 보다 높은 온도가 인클로저의 최저 부분에만 존재한다. 선택적으로, 측 상에 비교적 보다 높은 평균 밀도를 달성하기 위해 보다 낮은 파워가 측2에 인가되거나 또는 비교적 차가운 가스가 측2에 도입될 것이다. 온도차가 인클로저의 최저 부분에만 존재할 지라도, 밀도의 적분 함수인 압력으로 인해, 일단 형성된 압력차는 나머지의 인클로저를 통해 윗쪽으로 확장한다. 이러한 효과는 압력 커브의 평탄한 부분으로 도 4 및 5에 나타나 있다.

만약 인클로저의 일부에만 압력차가 존재하기를 원한다면, 보다 낮은 존의 압력차를 없애는 수직으로 보다 높은 제2의 DDZ를 형성하기 위해 초기의 DDZ 이상으로 밀도차가 전환될 수 있다. 그와 같은 배열이 도 6 및 7에 나타나 있다. 이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 온도가 약 0.5 m(보다 낮은 DDZ) 동안 상승된 후 약 1.0 m(보다 높은 DDZ) 동안 하강되며, 상기 상승 및 하강은 거의 동일한 크기가 된다. 측1 상의 가스의 밀도는 스택 효과로 인해 상대적인 압력을 상승시키는 측2 상의 가스의 밀도에 비해 보다 낮은 DDZ에서 감소한다. 보다 높은 DDZ에 있어서, 측1 상의 밀도는 다시 스택 효과로 인해 상대적인 압력을 하강시키는 측2 상의 밀도에 비해 증가한다. 이런식으로, 측1과 측2간 포지티브 압력차가 인클로저의 제한된 길이에 걸쳐 얻어질 수 있다.

인클로저의 2개의 측간 온도차를 얻기 위한 제2수단은 가스 유동이 어느 한 측 또는 다른 측에서 발생하게 하는 것이며, 보다 일반적으로는 2개의 측 상의 가스 유동비의 차를 제공하는 것이다. 예컨대, 만약 홀(구멍)이 리본 한 측 상의 인클로저의 상부 또는 측면에 위치되면(반면 리본의 다른 측은 그렇지 않은), 가스는 한 측 상의 스택 효과로 인해 홀의 하부 및 상부로 그리고 바깥쪽으로 유동될 것이다(반면 다른 측 상은 그렇지 않은). 다시 한번 리본이 완전한 격벽이 아니라는 것을 상기하자. 따라서, 구멍이 없는 측면 상에서 유동될 수 있지만, 구멍이 있는 측면보다 적을 것이다. 또 다른 선택으로서, 리본의 2개 측 상의 가스 유동은 원하는 유동비의 차이를 달성하기 위해 팬, 펌프, 및/또는 다른 장비(예컨대, 유량 콘트롤러)를 사용하여 능동적으로 조절될 수 있다.

어떤 수단에 의해서든 비교적 높은 유동비를 갖는 측면 상의 차이의 유동비가 달성되며, 글래스 및 인클로저 구조, 예컨대 가스의 온도를 증가시키기 위한 인클로저의 히터 와인딩(heater windings)으로부터 파워가 필요하기 때문에 가스는 보다 낮은 온도를 갖는다. 비-유동(또는 낮은 유동) 측 상에 파워를 필요로 하지 않아(또는 적은) 가스의 온도가 보다 높아진다. 유동 측(측2인 것으로 가정) 상의 에어 온도에 대한 근사 모델은 이하의 식 (9)와 같다:

(9)

여기서:

열전이계수 : h

글래스 및 인클로저 벽의 온도 : T_w

측2 상의 가스 유동 : W₂

가스의 가열 용량 : C_p

T₂(y)에 대한 이러한 식의 해는 식 (8)로 치환될 경우 2개 측간 압력차를 제공하는 y의 함수로서 유동 측의 온도를 제공한다. 만약 측1 또한 유동하면, 이 측에 대한 식 (9)와 유사한 식이 구해진 후 식 (8)에 사용될 것이다.

측2 상의 유동에 의해 생성될 수 있는 온도 및 압력차의 예가 도 8 및 9에 주어져 있다. 열전이계수(h) 및 유동비(W₂)에 사용된 값은 각각 20 W/m²/°K 및 0.001 kg/sec/m이다. 볼 수 있는 바와 같이, 스택 효과가 측1과 측2간 많은 압력차(P₁＞P₂)를 발생시켜, 많은 온도차 및 그에 따른 많은 밀도차가 달성될 수 있다.

비록 가스 밀도를 직접 측정하는 것이 곤란할 지라도, DDZ가 드로우 타워에 사용되면 가스 밀도를 직접적으로 간단히 측정하여 결정할 수 있다. 특히, 리본의 양 측 상의 가스가 동일할 지라도, 리본의 양 측 상의 가스 온도의 측정이 표준 방법에 의해 가스 밀도를 계산하는데 사용될 수 있다. 인클로저의 각 측 상의 가스 밀도 대 상승의 플롯은 하나 또는 다수의 DDZ의 존재를 명확히 나타낸다. 이는 가스가 유동하거나 또는 유동하지 않는 경우이다. 가스의 성분이 어느 한 측과 다른 측이 다른 경우에, 다수의 상승에서의 온도 및 성분의 측정이 밀도 분포를 계산하는데 이용된다. 특히, 밀도가 표준 방법에 의해 온도 및 성분 데이터로부터 계산되며 또다시 밀도 대 상승의 플롯은 하나 또는 다수의 DDZ의 존재를 나타낸다.

온도 측정을 밀도 측정으로(또는 온도 및 성분 측정을 밀도 측정으로) 변환하기 위한 표준 방법이 공통-이용가능한 기준 작업의 밀도 테이블(예컨대, 각기 다른 온도에서 에어의 밀도를 위한 테이블) 만큼 단순해질 수 있고, 또 덜 연구된 가스의 경우에 그와 같은 테이블의 구성을 포함할 수 있다. 모델(예컨대, 경험 모델)이 또한 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 몇몇 경우에 있어서, 이상적인 가스 법칙이 온도 및/또는 성분 측정을 밀도 값으로 변환하는데 효과적이다. 애플리케이션에 따라, 압력 정보가 또한 밀도 결정에 반영될 것이다.

글래스 리본의 두께에 걸친 온도 구배의 결과로서 스택 효과가 각각의 압축력/응력의 효과로 반대방향으로 작용한다는 것을 알 수 있을 것이다. 중요하게, 스택 효과는 압축력/응력 효과보다 더 많은 시간 강하다. 리본 두께에 걸친 온도차는 이하의 식 (10)에 따라 만곡을 야기한다:

(10)

여기서, α는 리본 물질의 열팽창계수(CTE)이고, ΔT_r은 리본의 볼록 측이 되는 뜨거운 측(hot side)을 갖는 리본에 걸친 온도차이다.

실제로, ΔT_r은 공정 조건의 함수이다. 만약 리본의 각 측 상에 에어가 존재하면 그리고 그 2개 측 상의 에어 온도가 다르다면, 리본에 걸친 온도차는 이하의 식 (11)으로 주어질 것이다:

(11)

여기서 h는 에어와 리본간 열전이계수이고, k는 방출효과를 포함하는 리본의 유효 열전도율이다. 상기와 같이, 리본의 2개 측 상의 온도는 T₁ 및 T₂로 주어지며, 리본의 두께는 t이다.

리본의 표면들간 온도차 제거는 이하의 식 (12)와 같이 주어진다:

(12)

대부분의 제조 상황에서, k/ht＞＞1이며, 따라서 이하의 식 (13)이 얻어진다:

(13)

실제 상황에서, k = 3.5 W/m/°K, h = 20 W/m²/°K, w = 2500 mm, 및 α = 3.5 ppm/K이며, 따라서 2 cm(b = 20 mm)의 만곡을 달성하기 위해서는 이하의 식 (14)와 같은 온도차를 필요로 한다:

(14)

이는 온도차의 유효 범위 이상이다. 비교를 위해, 도 4, 6, 및 8의 온도차가 100배 작은 오더로 나타나 있다.

상기로부터 다운드로우 글래스 형성 공정, 예컨대 퓨전 형성 공정에서의 리본 형태를 콘트롤하기 위한 방법이 제공된다는 것을 알 수 있을 것이다. 상기 콘트롤은 스택 효과를 이용하여 리본의 각 측 상의 가스(예컨대, 에어)의 압력을 변경함으로써 달성된다. 압력은 유동에 의해서가 아니라 가스의 밀도 및 리본의 2개 측 상의 가스 칼럼(column)의 중력 헤드(gravitational head)를 변경하는 온도 또는 성분에 의해 조절된다. 가스 온도와 가스 성분에 따라, 압력은 예컨대 전기적으로 가열된 와인딩을 이용하여 또는 한 측 또는 다른 측 상의 리본에 접근하여 차가운 또는 뜨거운 에어를 주입함으로써 온도에 의해 조절된다. 사실상 필요한 온도차가 쉽게 달성된다. 물리적인 억제물, 예컨대 롤러는 가스 압력이 리본에 인가되어 이후 리본을 밴딩하게 하도록 리본의 엣지를 따라 배열된다.

이들 방법의 사용을 통해, 만곡된 형태가 리본의 최소의 물리적 억제에 의해 유지될 수 있어, 변이를 처리하기 위한 허용오차를 허용한다. 또한, 방법을 수행하는데 필요한 장비가 단순해지고, 저렴하며, 강해진다. 변이를 처리하기 위한 리본의 안정화가 이용가능한 이전의 것보다 크다.

본 발명의 목적 및 배경을 벗어나지 않는 다양한 변형이 상기 개시로부터 당업자들에게는 자명할 것이다. 예컨대, 서브-볼륨의 횡단 영역이 드로우 타워의 길이에 걸쳐 일정하다는 것을 가정한다 할 지라도, 그 분석은 횡단 영역이 상승으로 변하는 시스템까지 용이하게 확대될 수 있다. 이하의 청구항들은 여기에 기술한 특정 실시예들 뿐만 아니라 변형, 변경, 및 본 발명의 장비와 다른 타입의 장비들을 커버하기 위한 것이다.

5 : 트루프, 7 : 웨어,
13 : 리본, 17 : 벽,
23 : 인클로저, 25 : 제1서브-볼륨,
27 : 제2서브-볼륨, 29 : 내부 볼륨.

Claims

다운드로우 공정에 의해 생성된 수직 글래스 리본의 만곡을 콘트롤하기 위한 방법에 있어서,
(a) 가스-충만 수직 인클로저를 통해 리본을 통과시키는 단계;
(b) (i) 상기 리본의 제1서브-볼륨 측 상의 평균 가스 밀도와 (ii) 상기 리본의 제2서브-볼륨 측 상의 평균 가스 밀도간 차를 상기 인클로저의 길이를 따라 수직 존에 걸쳐 생성함으로써 상기 인클로저 길이의 적어도 일부를 따라 제1서브-볼륨과 제2서브-볼륨간 포지티브 압력차를 형성하는 단계; 및
(c) 적어도 수직 존에 걸쳐 제2서브-볼륨으로 엣지의 움직임을 방지하도록 상기 리본의 엣지를 억제하는 단계를 포함하며,
(i) 상기 인클로저는 내부 볼륨을 정의하는 벽을 포함하고,
(ii) 상개 내부 볼륨의 하부가 개방되어 상기 하부의 압력이 주변 대기의 압력이 되며,
(iii) 상기 리본은 상기 인클로저의 내부 볼륨을 제1서브-볼륨 및 제2서브-볼륨으로 분할하는 격벽으로 작용하고,
상기 리본의 제1서브-볼륨 측 상의 평균 가스 밀도는 상기 리본의 제2서브-볼륨 측 상의 평균 가스 밀도보다 작으며,
상기 수직 존에 걸친 리본의 제1 및 제2서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 밀도간 차는 상기 수직 존에 걸친 리본의 제1 및 제2서브-볼륨 측 상의 가스 성분차의 결과인 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 수직 존에 걸친 리본의 제1 및 제2서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 밀도간 차는 상기 수직 존에 걸친 리본의 제1 및 제2서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 온도차의 결과이며, 상기 리본의 제1서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 온도는 상기 리본의 제2서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 온도보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 평균 온도의 차는 상기 리본의 제1서브-볼륨 측 상의 인클로저 벽의 내면의 평균 온도와 상기 수직 존 내의 인클로저에 걸쳐 적어도 하나의 횡단면의 내부 둘레에 따른 리본의 제2서브-볼륨 측 상의 인클로저 벽의 내면의 평균 온도간 차의 결과인 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수직 존에 걸친 리본의 제1 및 제2서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 밀도간 차는 상기 수직 존에 걸친 리본의 제1 및 제2서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 유동비 차의 결과이며, 상기 리본의 제1서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 유동비는 상기 리본의 제2서브-볼륨 측 상의 가스의 평균 유동비보다 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 평균 유동비의 차는 상기 수직 존의 중간-평면 상의 위치에서 상기 2개의 서브-볼륨으로부터 주변 대기로 빠져 나가는 가스량 차의 결과인 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 2개의 서브-볼륨으로부터 상기 주변 대기로 빠져 나가는 가스량의 차는 상기 수직 존의 중간-평면 상의 위치에서 제2서브-볼륨 측 상의 인클로저 벽에 형성된 적어도 하나의 구멍의 결과인 것을 특징으로 하는 방법.