KR101818347B1

KR101818347B1 - 용융 유리 이송용 베셀들 간 연결부를 밀봉하는 장치

Info

Publication number: KR101818347B1
Application number: KR1020160066957A
Authority: KR
Inventors: 질베르트 드 안젤리스; 로널드 엘. 킴볼
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2018-01-12
Also published as: CN102190420B; TW201406692A; TWI441787B; KR101629039B1; CN202165614U; JP2011168482A; US8375747B2; TW201144246A; US8240170B2; EP2363381B1; US20110203321A1; CN102190420A; KR20160067822A; TWI427047B; JP5595950B2; EP2363381A1; US20120266633A1; KR20110096511A

Abstract

제1 베셀에서 제2 베셀로 용융 유리를 이송하는데 사용되는 밀봉 장치에 있어서, 상기 제1 베셀의 적어도 일부가 상기 제1 및 제2 베셀들 간 접촉 없이 상기 제2 베셀 내에 끼워지며, 기밀 밀봉을 포함하는 플렉서블 멤버는 상기 밀봉 장치 및 주변 분위기에 의해 둘러싸인 분위기를 분리시킨다. 상기 밀봉 장치는 성형체에 용융 유리를 제공하기 위한 도관들 간 비접촉 연결부를 플렉서블하게 밀봉하는데 유용하다.

Description

용융 유리 이송용 베셀들 간 연결부를 밀봉하는 장치{APPARATUS FOR SEALING A JOINT BETWEEN VESSELS FOR CONVEYING MOLTEN GLASS}

본 출원서는 2010년 2월 22일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제12/709,766호의 권리를 주장한다. 본 출원서의 내용 및 본원에 언급된 공보, 특허 및 특허 출원서의 전 개시물은 참조로서 병합된다.

본 발명은 용융 유리를 이송하기 위한 두 개의 베셀들(vessels) 간 이종 연결부(transition joint), 특히 두 개의 비접촉 도관들 간 신축 연결부(expansion joint)에 대해 배치된 환경을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

유리 박막 시트를 성형하는 한 방법에는 유리 리본이 용융 유리의 저장소로부터 인발되는 인발 공정에 의한 것이 있다. 이는 상기 리본이 일반적으로 성형체(forming body)로부터 하향으로 인발되는 경우, 예를 들어 하향-인발 공정(예컨대, 슬롯 또는 융합)을 통해 달성될 수 있다. 일단 상기 리본이 성형되면, 개별적인 유리 시트들은 상기 리본으로부터 절단된다.

종래 하향 인발 공정에 있어서, 상기 용융 유리는 용융로(melting furnace)에서의 용융 선구 물질(melting precursor), 또는 배치 물질들(batch materials)에 의해 성형된다. 상기 용융 유리는 그 후 청징 베셀(fining vessels) 및 교반 베셀(stirring vessels)과 같은 다양한 기타 구성요소들을 통해 유동된다. 결국, 상기 용융 유리는 상기 용융 유리가 연속 유리 리본으로 성형되는 상기 성형체로 이송된다. 상기 리본은 이후 개별적인 판(panes) 또는 유리 시트(glass sheets)로 분리될 수 있다. 상기 이송 시스템의 상류 부분들에서 상기 성형체로의 용융 유리용 전달 장치는 특히 중요하며, 상기 시스템의 각기 다른 물질들의 열 팽창과 같은 많은 요구들의 균형을 맞출 수 있어야 한다. 예를 들면, 융합형 하향 공정의 경우, 상기 성형체는 주로 백금 또는 그 이전의 백금 합금 베셀들과 다른 열 팽창 특성을 갖는 일반적으로 내화성 물질(예컨대, 세라믹)이다. 이를 위해, 선행 시스템 및 성형체 주입구 간 접속은 주입구 도관과 공급 도관이 직접 연결되지 않으나, 대신 직접 접촉 없이 하나가 다른 도관 내에 달려 있게 되는 점에서 일반적으로 프리-플로팅(free-floaing)되어 있다. 그럼에도, 상기 공급 및 주입구 도관들 간 밀봉을 제공할 필요가 있다.

광학 구성요소들을 위한 유리(예컨대, 광학 렌즈들) 및 액정 디스플레이 기판들과 같은 고순도 유리 제품들을 생산하는 성형 장치로 용융 유리를 이송하기 위한 전달 시스템에 있어서, 상기 용융 유리를 이송하는데 사용된 베셀들은 종종 때때로 1600℃를 초과하는 매우 고온에 대해 연장된 노출을 견딜 수 있는 산화 방지 금속으로부터 성형된다. 백금, 로듐 및 그 합금(예컨대, 70% - 80% 백금 및 30% - 20% 로듐을 함유하는 합금들)과 같은 특정 백금족 금속들과 같은 소정 백금족 금속들은 이러한 어플리케이션들에 이상적이다. 상기 전달 시스템이 금속 베셀들(예컨대, 도관들)로 형성되므로, 상기 전달 시스템은 일반적으로 단단히 접속 및 지지되며, 미소 변위에도 상기 베셀들에 손상을 주고 및/또는 상기 성형 과정에 방해를 야기할 수 있다. 이는 특히 백금을 포함하는 베셀들의 경우에 그런데, 상기 금속의 높은 비용으로 인해 가능한 한 막박의 베셀들을 제조하도록 하는 요구에서 비롯되기 때문이다.

불행하게도, 상기 전달 및/또는 성형 장치의 소정 구성요소들은 움직일 수 있어야 한다. 예를 들면, 상기 전달 및/또는 성형 장치의 소정 구성요소들은 각기 다른 열 신축 특성들을 갖는 각기 다른 물질들로 구성될 수 있다. 상기 시스템 또는 장치의 가열 및 냉각 동안, 차이가 나는 신축은 수용되어야 하는 상기 구성요소들의 상대적 움직임을 초래할 수 있다. 게다가, 하나 이상의 구성요소들은 의도적으로 움직일 수 있다. 예를 들면, 유리 시트를 성형하기 위한 융합형 공정에 있어서, 상기 용융 유리는 성형체의 외부 성형 표면들 위로 유동된다. 상기 성형체는 이따금 상기 성형체 위로 질량 유량(mass flow rate)을 조절하기 위해 기울어질 수 있다. 따라서, 상기 전달 시스템은 상기 시스템 구성요소들에 대한 손상 없이 이러한 동작을 제공할 수 있어야 한다.

상기 전달 시스템 및/또는 성형 장치의 부분들 간 플렉서블(flexible) 비접촉 연결부를 제공하기 위해, 그것은 제1 베셀이 제2 베셀에 접촉되지 않도록 하는 방식으로 하나의 베셀의 적어도 일부가 또 다른 베셀 내부에 끼워지도록 실시해 왔다. 예를 들면, 제1 도관(파이프)의 말단은 또 다른 하향 도관(파이프)의 개구부로 삽입될 수 있으며, 갭(gap)이 상기 제1 및 제2 도관들을 분리하고, 상기 용융 유리는 상기 제1 도관에서 상기 제2 도관으로 유동된다. 하지만, 상기 갭은 주변 분위기에 노출된 상기 용융 유리에 대한 자유 표면을 제공한다. 상기 전달 시스템 및 주변 장치와 연관된 상당한 온도차 때문에, 열로 유발된 드래프트들(drafts)은 상기 융융 유리에서 상기 성형 장치로 이송된 후 상기 성형된 유리 제품으로 병합되는 기체 포접(블리스터)의 형성을 야기할 수 있다.

본원에 설명된 바와 같이, 상기 베셀-대-베셀 비접촉 연결부 주위에 기밀 밀봉(gas tight seal)을 형성하고 상기 용융 유리 자유 표면이 노출되는 것에 분위기를 격리하는 플렉서블 배리어(flexible barrier)가 제안된다. 상기 플렉서블 배리어는 상기 연결부의 하나의 베셀의 움직임이 상기 연결부의 나머지 하나의 베셀의 위치에 영향을 주지 않도록 하고, 상기 주변 분위기로부터 독립적으로 상기 용융 유리 자유 표면과 접촉하는 분위기의 조절을 용이하게 한다.

일 실시 예에 따르면, 용융 유리를 이송하는 베셀들 간 갭을 밀봉하는 장치는 개방 말단을 가지는 제1 도관 및 개방 말단을 가지는 제2 도관을 포함한다. 상기 제1 도관 말단 근처의 상기 제1 도관의 적어도 제1 부분은 상기 제2 도관과 접촉하지 않고 상기 제2 도관 내에 배치된다. 제1 분위기에 상기 제2 도관에서의 용융 유리의 자유 표면을 노출하는 갭이 상기 제1 도관 및 상기 제2 도관 간에 배치된다. 상기 장치는 상기 제1 도관의 제2 부분에 대해 배치된 플렉서블 배리어를 더 포함하며, 상기 제2 부분은 상기 제2 도관 개방 말단으로부터 연장된다. 제1 밀봉 플랜지는 상기 제1 도관에 연결되고 제2 밀봉 플랜지는 상기 제2 도관에 연결된다. 상기 플렉서블 배리어, 상기 제1 밀봉 플랜지 및 상기 제2 밀봉 플랜지는 상기 플렉서블 배리어의 외부에 대해 배치된 주변 분위기로부터 상기 제1 분위기를 분리하는 기밀 밀봉을 포함한다. 상기 플렉서블 배리어는 예를 들면 벨로우즈(bellows)일 수 있다.

소정 실시 예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 플랜지들은 각각 내부링 및 상기 각 내부링에 연결된 외부링을 포함한다. 즉, 상기 외부링은 상기 내부링의 주변부에 대해 연결된다. 상기 외부링 및 상기 내부링은 예를 들면 서로 용접될 수 있다. 소정의 실시 예에서, 상기 제1 도관 및 상기 제2 도관 플랜지들 모두의 내부링은 백금을 포함한다. 상기 내부링은 백금 로듐 합금과 같은 백금 합금일 수 있다. 상기 제1 및 제2 도관들은 또한 백금을 포함할 수 있다.

갈바닉(galvanic) 전류의 생성을 막기 위해, 상기 플렉서블 배리어는 상기 제1 및 제2 도관들로부터 전기적으로 격리된다. 게다가, 상기 제1 또는 제2 플랜지 중 어느 것이든 또는 양쪽 모두의 것이든 상기 내부링은 비평면이며, 대신에 상기 각 플랜지의 굴곡에 의해 각 연관된 도관의 움직임을 수용하는 기복(평탄도로부터의 편차)을 가진다.

바람직하게, 상기 용융 유리 자유 표면과 접촉하는 상기 제1 분위기는 상기 제2 분위기와 다르다. 예를 들면, 상기 장치는 상기 제1 분위기의 수소 부분 압력을 변화시키는 제어 시스템을 포함할 수 있다.

상기 플렉서블 배리어는 바람직하게는 상당한 열화(deterioration) 없이 적어도 두 달 동안 500℃ 이상의 온도에서의 노출을 견딜 수 있는 물질로 성형된다. 예를 들면, 상기 플렉서블 배리어에 적당한 물질은 니켈 또는 크롬을 포함하는 스테인리스 스틸이다. 소정 예들에서, 예를 들어 상기 제1 또는 제2 도관들이 하나 또는 양쪽 모두를 통해 전류를 흐르게 함으로써 직접 가열되는 경우, 상기 플렉서블 배리어는 와류(electrical eddy current)의 생성을 막기 위해 무자계(non-magnetic)인 것이 바람직하다.

상기 도관들 간 갈바닉 전류의 흐름 및 상기 용융 유리 내의 산소 버블들의 차후 생성을 막기 위해, 상기 제1 및/또는 제2 도관은 전기적 접지로부터 전기적으로 격리된다.

또 다른 실시 예에 있어서, 용융 유리를 생성하는 단계 및 제1 베셀에서 제2 베셀로 상기 용융 유리를 이송하는 단계를 포함하는 유리 제품의 제조 방법이 기술된다. 상기 유리 제품은 그 후 예를 들면 개별적인 유리 시트들로 분리될 수 있는 유리 리본일 수 있다. 상기 제1 베셀의 적어도 일부는 상기 제2 베셀과의 접촉 없이 상기 제2 베셀 내에 연장되며, 상기 제1 및 제2 베셀들 간 갭에서 제1 분위기에 노출된 상기 용융 유리의 자유 표면이 존재하고 있다. 상기 제1 분위기는 상기 제1 및 제2 베셀들에 결합된 플렉서블 금속 배리어에 의해 주변 분위기로부터 분리된다. 상기 플렉서블 배리어는 상기 제1 및 주변 분위기들 간 기밀 밀봉을 포함하나. 상기 용융 유리는 상기 제2 베셀에서 유리 제품을 생성하는 성형체로 유동된다. 상기 플렉서블 배리어는 예를 들면 벨로우즈를 포함할 수 있다. 상기 벨로우즈는 상기 벨로우즈의 팽창 및 수축 모두를 허용하는 주름들(pleats)을 포함한다. 상기 프렉서블 배리어는 바람직하게는 상기 제1 및 제2 베셀들 간 갈바닉 전류 흐름을 제거하기 위해 상기 제1 및 제2 베셀들로부터 전기적으로 격리된다.

소정 실시 예들에 있어서, 상기 제1 분위기에서 수소의 부분 압력은 상기 용융 유리에서 생성되는 것으로부터 수소 침투 버블들을 막도록 제어된다. 특정 실시 예들에서, 제1 플랜지는 제1 베셀에 연결되고 제2 플랜지는 상기 제2 베셀에 연결되며, 상기 제1 및 제2 플랜지들은 상기 플렉서블 금속 베리어에 결합되어 있고, 상기 제1 플랜지는 상기 제2 플랜지로부터 전기적으로 격리된다.

소정 공정들에 있어서, 상기 제2 베셀은 상기 제1 베셀과 관련하여 움직일 수 있으며, 상기 제1 베셀의 움직임은 상기 플렉서블 금속 배리어의 연장 또는 압축을 초래한다. 상기 제1 베셀 내에 이송된 상기 용융 유리의 온도를 제어하기 위해, 상기 제1 베셀은 상기 제1 도관 벽 근처에 배치된 외부 가열 요소들의 사용을 통해 또는 상기 제1 베셀을 통한 전류를 흐르게 함으로써 가열될 수 있다.

상기 제1 분위기는 상기 제1 플랜지에 의해 제2 분위기로부터 분리되며, 상기 제2 분위기의 수소 부분 압력은 또한 제어될 수 있다. 소정 실시 예들에 있어서, 제3 분위기는 상기 제2 베셀의 적어도 일부에 대해 배치될 수 있으며 상기 제3 분위기는 또한 상기 제1 및 제2 분위기들로부터 독립적으로 제어될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 융합 하향 인발 장치의 각 구성요소들이 서로 직접 접촉되지 않고 간접적으로 연결됨으로써 연결부가 열 팽창 및 움직임에 있어서 자유로운 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예 따른 대표적인 융합 하향 공정을 나타내는 입단면도이다.
도 2는 도 1의 장치를 포함하는 성형체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대표적인 밀봉 장치의 단면도이다.
도 4는 접속된 베셀의 움직임에 수용하는 기복을 나타내는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀봉 플랜지의 단면도이다.
도 5는 도 4의 밀봉 플랜지의 상면도이다.

하기의 상세 설명에서, 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

대표적인 융합형 하향 인발 공정에 있어서, 용융 유리는 배치 물질(예컨대, 다양한 금속 산화물 또는 기타 성분들)이 공급되는 용융로에서 생성된다. 상기 용융 유리는 이후 버블들(bubbles)을 제거하도록 처리된 다음 상기 유리를 균질화하도록 교반된다. 그 후, 상기 용융 유리는 몸체(body)의 상위 표면(upper surface)에 형성된 그 상면(top)에서 개방된 채널을 포함하는 성형체(forming body)의 주입구로 공급 도관을 통해 공급된다. 상기 용융 유리는 상기 채널의 벽을 넘쳐 흘러 개별적인 플로우들(flows)이 집속 표면들(converging surfaces)이 만나는 곳에 따른 선(이를 테면, "루트(root)")에서 만날 때까지 상기 성형체의 외부 표면들을 집속하여 아래로 흐른다. 거기에, 상기 개별 플로우들은 상기 성형체로부터 하향으로 흐르는 단일 유리 리본이 되도록 합류되거나 융화된다. 상기 리본의 엣지들을 따라 위치된 다양한 롤러들(또는 "롤들")은 상기 리본을 아래로 인발 또는 당기도록 하거나 및/또는 상기 리본의 폭을 유지하도록 돕는 상기 리본에 대해 힘을 바깥으로 장력(tensioning force)을 인가한다. 소정의 롤들(rolls)은 모터들에 의해 회전될 수 있는 반면, 나머지 롤들은 프리-휠링(free-wheeling) 상태에 있다. 상기 용융로, 또는 "용융기(melter)"가 일반적으로 내화성 세라믹 물질(예컨대, 알루미나 또는 지르콘)로부터 성형되나, 상기 용융 유리를 이송 및 처리하는 훨씬 많은 하향 시스템이 백금 또는 백금 합금(예컨대, 백금-로듐)과 같은 고온 내열성 금속(high temperature-resistant metal)로부터 성형된다. 결국, 상기 성형체 자체도 일반적으로 내화성(예컨대, 지르콘)이다.

(상기 용융 유리가 일부 백금 구성요소들을 통해 흐르므로 상기 용융 유리의 점진적인 냉각으로 인해) 각기 다른 온도들에서 유리 제조 시스템의 다양한 구성요소들의 온도뿐만 아니라, 일부 하향 구성요소들도 나머지 부분들과 다른 물질들로 성형되어 다른 열 팽창 특성들을 갖는다. 예를 들면, 상기 백금 성분의 열 팽창 특성들은 상기 성형체의 열 팽창 특성들과 다르다. LCD 디스플레이 어플리케이션들용 유리 시트의 제조를 위한 것과 같은 엄격한 치수 조건들로 유리 시트를 성형하는 공정이므로 안정적인 성형체에 좌우되며, 상기 성형체는 상기 백금 시스템의 움직임이 상기 성형체의 위치에 영향을 미치지 않도록 상술한 백금 시스템으로부터 격리된다.

대표적인 융합 하향 인발 장치(10)는 용융기(12), 파이너(14), 교반 베셀(16), 보울(18) 및 다운커머(20)를 포함하는 도 1에 도시된다. 융용기(12)는 용융기를 거쳐 파이너 접속 도관(22)으로 파이너(14)에 연결되고, 파이너(14)는 파이너를 거쳐 교반 베셀 접속 도관(24)으로 교반 베셀(16)에 연결된다. 배치 물질(26)은 용융기(12)에 배치되며 점성의 용융 유리 물질(28)을 생성하도록 가열된다. 상기 용융 유리는 접속 도관(30)을 통해 교반 베셀(16)에서 보울(18)로 흐르고, 보울(18)로부터 상기 용융 유리는 공급 도관 또는 다운커머(20)를 통해 수직으로 흐른다.

도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 성형체(32)는 채널 또는 트로프(trough; 34)를 규정하고 집속 성형 표면들(36a 및 36b)을 포함한다. 집속 성형 표면들(36)은 용융 유리(28)가 인발되는 것으로부터 사실상 수평 인발 라인을 형성하는 루트(38)에서 만난다. 트로프(34)는 성형체(32)에 결합되는 백금 또는 백금 합금 주입구 파이프(40)로부터 용융 유리(28)가 공급된다. 상기 용융 유리는 상기 성형체 트로프의 벽을 넘쳐 흘러 개별 스트림들로서 상기 성형체의 외부 표면들 위로 경사진다. 집속 성형 표면들(36a 및 36b) 위로 흐르는 융용 유리의 개별 스트림들은 루트(38)에서 만나 유리 리본(42)을 성형한다. 유리 리본(42)은 상기 루트 아래에 위치된 엣지 롤러들(44a 및 44b)을 대향시킴으로써 상기 루트(38)로부터 인발되어 그것이 점성 용융 물질에서 탄성 고체로 변하면서 상기 루트로부터 하강하면서 냉각된다.

유리 리본(42)이 상기 리본의 탄성 영역에서 최종 두께와 점성에 도달할 때, 상기 리본은 독립적인 유리 시트(46)를 제공하도록 상기 탄성 영역에서 그 폭을 가로질러 분리된다. 용융 유리가 상기 성형체에 계속 공급됨에 따라, 상기 리본이 신장되며 추가 유리 시트들이 상기 리본으로부터 분리된다.

다운커머 및 상기 성형체 간 접속은 상기 다운커머의 상류에 상기 백금 시스템에 단단히 연결된 상기 다운커머(20) 및 상기 성형체 주입구 파이프(40) 간 연결부에서 발생한다. 구분을 위해, 본원에 사용된 바와 같은 용어 "백금 시스템"은 주입구 파이프(40), 예컨대 백금-함유 성분들(14, 16, 18, 20, 22 및 24)의 상류에 유리 제조 장치 상류의 백금(또는 백금 합금) 구성요소들을을 의미하는 것으로 해석될 것이다.

성형체(32)의 위치에 영향을 주는 것으로부터 다운커머(20)의 움직임을 막기 위해, 상기 다운커머 및 상기 성형체 주입구 파이프 간 연결부는 프리-플로팅(free-floating) 상태에 있다. 즉, 다운커머(20) 및 주입구 파이프(40)는 직접 닿지 않는다. 대신, 다운커머(20)는 다운커머(20)의 일부(48)가 주입구 파이프(40) 내에 위치되도록 상기 주입구 파이프로 한정된 거리가 삽입된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다운커머(20)의 프리 팁(free tip) 또는 말단(50)은 상기 주입구 내 용융 유리의 평균 레벨 위에 또는 상기 용융 유리의 평균 레벨 아래에 위치될 수 있다. 따라서, 상기 백금 시스템의 움직임이 발생하는 경우, 다운커머(20)는 상기 주입구 파이프 및 성형체에 대한 움직임을 전달하지 않고 주입구 파이프(40) 내에서 움직이는 것이 자유롭다. 마찬가지로, 상기 성형체의 의도적인 움직임은 상기 성형체의 외부 성형 표면들 위로 상기 용융 유리의 질량 유량(mass flow rate)의 균형을 맞추는데 필요하기 때문에 상기 다운커머 및 상기 주입구 간 프리-플로팅 연결부는 상기 주입구가 상기 다운커머에 의한 제한 없이 (상기 성형체와 일치해서) 움직이도록 한다. 상기 주입구 파이프로부터 상기 다운커머의 이러한 분리(decoupling)은 상기 주입구 파이프로부터 상기 다운커머의 독립적인 움직임을 제공한다.

상기 다운커머 및 상기 주입구 파이프 간 프리-플로팅 연결부를 가지는 장점들에도 불구하고, 이러한 두 개의 구성요소들 간 기밀 밀봉(gas-tigth seal) 없이 상기 주입구 내 상기 용융 유리의 자유 표면은 오염에 상기 용융 유리를 노출시킴으로써 환경(예컨대, 주변 분위기)에 개방될 것이다. 예를 들면, 상기 다운커머-주입구 연결부 영역에서 발전한 열로 생성된 드래프트들(drafts)은 상기 유리에서 기체 포접(gaseous inclusions)을 야기할 수 있는 상기 유리에서의 온도 기울기로 유도할 수 있다. 상기 주입구 및 다운커머 간 밀봉은 다수의 목적들을 충족할 수 있어야 한다. 상기 밀봉은 상기 주입구 및 성형체로부터 상기 다운커머의 각기 다른 움직임을 허용해야 하고, 상기 밀봉 구성요소들은 상승된 온도들을 견뎌야 하며, 밀봉 구성요소들 간 조절기능이 유지되어야 하고, 튜브들을 이송하는 상기 용융 유리에서의 열적 기울기들은 최소화되어야 하며, 상기 다운커머는 상기 주입구로부터 그리고 접지로부터 전기적으로 격리되어야 하고, 비주얼 액세스(visual access)는 정렬을 위해 유지되어야 하며, 상기 다운커머, 주입구 튜브 조립체 및 일반적인 환경 간 기밀 분리가 수립되어야 한다.

도 3은 상기 다운커머-대-주입구 연결부를 밀봉하는 장치(52)의 대표적인 실시 예를 나타낸다. 상기 장치는 벨로우즈(54), 다운커머 밀봉 플랜지(56) 및 주입구 밀봉 플랜지(58)를 포함한다. 상기 장치는 또한 하나 이상의 다운커머 벨로우즈 클램프들(60), 하나 이상의 주입구 벨로우즈 클램프들(62) 및 다양한 위치들에서 또는 상기 밀봉 장치에 대해 배치된 전기 절연 물질(64)을 포함할 수 있다. 상기의 목적들 중 적어도 일부를 처리하는 이러한 그리고 기타 특징들은 하기에 보다 자세히 기술될 것이다.

도 4 및 5는 다운커머 밀봉 플랜지든 주입구 밀봉 플랜지든 또는 양쪽 모두로 사용될 수 있는 대표적인 밀봉 플랜지를 나타내는 도면이다. 다운커머 및 주입구 밀봉 플랜지들(56, 58)이 크기와 형태에 있어서 다를 수 있을지라도, 그들의 기본 물질 및 구성은 일반적으로 동일하다. 따라서, 참조부호는 이해를 돕기 위해 다운커머 밀봉 플랜지(56)로 작성될 것이며, 설명은 주입구 밀봉 플랜지(58)에 동일하게 적용가능하다.

다운커머 밀봉 플랜지(56)는 단일 물질로부터 성형될 수 있다. 하지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 다운커머 밀봉 플랜지(56)는 백금 또는 백금 합금(예컨대, 백금 라듐)으로부터 성형된 내부링(66)을 포함한다. 내부링(66)은 값비싼 금속(이를 테면, 귀금속)으로부터 성형되기 때문에, 상기 내부링의 두께는 그 밀봉 기능을 수행하기에 충분한 두께여야 하는 반면 그와 동시에 그들이 부착되는 베셀들(예컨대, 파이프들)의 움직임을 수용하는데 충분한 유연성을 보장하기에는 충분히 얇아야 한다. 내부링(66)은 예를 들어, 약 0.0254㎝ 및 0.0762㎝ 사이의 두께를 가진다. 내부링(66)은 상기 내부링 안쪽의 컷아웃(68) 및 외부 부분(70)을 더 규정한다. 내부링(66)은 예를 들어 환(annular) 형태를 가진다. 다운커머(30)는 컷아웃(68)을 통해 통과하여 상기 링의 내부 엣지(72)를 따라 이를 테면 용접(welding)함으로써 내부링(66)에 결합된다. 다운커머 밀봉 플랜지(56)는 크롬, 니켈 및 알루미늄을 포함하는 금속과 같은 고온 내열성 금속으로부터 성형된 외부링(74)을 더 포함한다. 예를 들면, 하이네스 214는 외부링(74)에 적합한 것으로 알려져 있다. 하지만, 다른 물질들이 사용될 수 있으며, 그들이 확장된 시간 주기 동안 상기 외부링에 의해 겪은 고온에서(예컨대, 약 500℃ 이상)의 산화를 충분히 방지하도록 제공된다. 내부링(66)은 외부링(74)이 일반적으로 내부링(66)과 중심이 같도록 내부링(66)의 외부 부분(70)을 따라 외부링(74)과 연결된다. 다운커머 밀봉 플랜지(56)는 그 후 다운커머(20)의 적어도 일부를 둘러싸는 다운커머 케이싱(76)에 이를 테면 외부링 볼트 홀들(78)을 통해 볼트 조임으로써 연결된다. 다운커머 케이싱(76)은 예를 들어 스틸(steel)로부터 성형될 수 있다. 전기 절연 물질(64)은 상기 다운커머 및 상기 다운커머 케이싱 간 전기적 격리를 제공하기 위해 다운커머 밀봉 플랜지(56) 및 다운커머 케이싱(76) 사이에, 그리고 상기 다운커미 밀봉 플랜지 및 전기적 접지 사이에 위치된다. 예를 들면, 지르카 리펙토리 컴포지트사에 의해 제조된 RS-100은 적당한 전기적 절연체인 것으로 알려져 있다. 하지만, 다른 전기 절연 물질들이 사용될 수 있으며, 그들이 적당한 고온 내열성 및 고유전체 상수를 나타내도록 제공된다. 상기 구성요소들(예컨대, 다운커머 밀봉 플랜지(56))을 고정하기 위한 볼트들은 예를 들면 연결 볼트들이 전기 회로를 완성하는 것을 막는 절연 부싱들(insulating bushings)을 포함할 수 있다. 절연 물질(64)은 다운커머 케이싱(76), 주입구 파이프(40) 및 전기적 접지로부터 다운커머(20)를 전기적으로 격리하기 위해 필요에 따라 배치될 수 있다.

다운커머(20) 및 다운커머 케이싱(76) 간 열 팽창 운동을 적용하기 위해, 내부링(66)은 상기 플랜지 상의 실행되지 않은 스트레스 없이 각 구성요소들의 움직임을 허용하는 상기 내부링의 단면을 가로지르는 웨이브 또는 기복(80)을 포함한다. 도 3 및 4에 도시된 기복은 일반적으로 반곡선(ogee)의 형태로 있다. 하지만, 각기 다른 타입들(형태들)의 기복이 사용될 수 있다.

다운커머 밀봉 플랜지(56)에서와 같이, 주입구 밀봉 플랜지(58)는 내부링(82) 및 외부링(84)을 포함한다. 내부링(82)은 백금 또는 백금 합금(예컨대, 백금 로듐)과 같은 고온 내열성 금속으로부터 성형된다. 외부링(84)은 하이네스 214와 같은 낮은 산화 위치를 갖는 덜 값비싼 고온 내열성 금속으로부터 성형될 수 있다. 내부링(82)은 주입구 파이프(40)의 외부 주변에 이를 테면 용접함으로써 연결되고, 외부링(84)은 주입구 파이프 케이싱, 예컨대, 주입구 케이싱 멤버(86)의 일부에 결합된다. 주입구 밀봉 플랜지(58)는 주입구 케이싱 멤버(86)로부터 전기적으로 격리(절연)된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 다운커머(20)에 연결된 다운커머 밀봉 플랜지(56) 및 주입구 파이프(40)에 연결된 주입구 밀봉 플랜지(58)에 의해, 주입구(40)의 말단 또는 입구(90)로부터 연장되는 다운커머(20)의 일부(88)뿐만 아니라 주입구 파이프(40) 내 용융 유리(28)의 자유 표면(92)도 주위 분위기에 노출되도록 둘 것이다.

상기에 설명된 바와 같이, 밀봉 장치들(52)은 상기 다운커머 - 상당한 산화 또는 다른 부식 없는 주입구 연결 영역에서 고온들을 견딜 수 있는 물질로부터 성형된 벨로우즈들(54)을 더 포함한다. 예를 들면, 벨로우즈(54)는 스테인리스 스틸로부터 성형될 수 있다. 벨로우즈(54)의 제1 말단은 다운커머 케이싱(76)에 볼트 조임되어 상기 다운커머 케이싱에 상기 벨로우즈를 고정하는 하나 이상의 클램프들(60)을 통해 다운커머 케이싱(76)에 제거가능하게 부착된다. 마찬가지로, 벨로우즈(54)의 제2 대향 말단은 하나 이상의 클램핑 멤버들(62)을 통해 주입구 케이싱 멤버(86)에 결합된다. 클램핑 멤버들(62)은 예들 들어, 볼트들을 통해 고정될 수 있다. 상기에 설명된 바와 같이, 이러한 볼트들은 예를 들면 상기 접속 볼트들이 전기 회로를 완성하는 것을 방해하는 절연 부싱들을 포함할 수 있다.

벨로우즈(54)는 상기 유리 제조 시스템이 동작 상태(예컨대, 그들 각각의 다운커머 및 주입구 케이싱에 클램프된 벨로우즈(54)의 두 말단들)에 있을 때 설치된다. 벨로우즈(54)는 장력(강제적으로 확장된 또는 스트레칭된) 상태에 있다. 즉, 상기 벨로우즈가 이와 같은 스트레칭된 상태에서 (제거된 클램프들을 고정하는) 어느 말단에서든 해체되면, 상기 벨로우즈는 상기 벨로우즈의 내부 영역의 검사를 허용하여 종방향으로 접속할 것이다. 상기 벨로우즈의 내부에 대한 비주얼 액세스가 상기 주입구 파이프 내에 상기 다운커머의 라디얼 및/또는 종방향 위치조정(positioning)을 용이하게 하도록 사용될 수 있다.

다운커머(20) 및 주입구 파이프(40)에서와 같이, 추가적인 전기 절연 물질(64)은 벨로우즈(54)가 다운커머 케이싱(76), 주입구 케이싱 멤버(86) 및 전기적 접지로부터 전기적으로 절연되도록 위치된다. 따라서, 벨로우즈(54), 다운커머(20), 주입구(40), 다운커머 케이싱 멤버(76), 주입구 케이싱 멤버(86) 및 전기적 접지는 모두 서로로부터 전기적으로 절연된다. 상기 전기 절연 물질(64)의 위치조정은 물론 상기 밀봉 장치 구성요소들의 특정 설계에 좌우되고 그들이 연결되는 대로 될 것이다.

다운커머 밀봉 플랜지(56) 및 주입구 밀봉 플랜지(58) 간 다운커머 부분(88)을 통해 흐르는 용융 유리 내에서 수소 투과 블리스터들(hydrogen permeation blisters)이 성형되는 것을 막기 위해, 참조부호 89로 나타낸 다운커머 부분(88)과 접촉하는 분위기가 제어될 것이다. 수소 투과 블리스터들은 (상기 벨로우즈의 내부 영역 내의 분위기와 같은) 외부 환경에서 수소의 부분 압력이 백금(또는 백금 합금) 베셀을 통해 흐르는 용융 유리 내 수소의 부분 압력보다 낮을 경우 발생한다. 고온의 상기 용융 유리는 상기 용융 유리 내의 OH 라디칼을 분리되게 할 수 있으며, 백금 경계를 가로지르는 산소 부분 압력 차는 산소를 상기 경계를 통해 투과하여 상기 용융 유리 내 버블들을 형성하는 산소를 남기도록 한다. 이를 테면 상기 벨로우즈 영역으로 수분을 도입하고 노점(dew point)을 제어함으로써 벨로우즈 내부 영역(94)의 산소의 부분 압력을 제어함으로써, 수소 투과 블리스터들이 방지될 수 있다. 예를 들면, 수증기는 상기 내부 영역 내에서 분위기의 노점을 조절하기 위해 하나 이상의 밸브들 및 연합 파이핑(미도시)을 통해 내부 영역(94) 내로 도입될 수 있다. 상기 내부 분위기의 노점은 소위 수소 투과 블리스터들의 성형을 막도록 제어될 수 있다. 물론 상기 벨로우즈 내부 영역(94)에서 상기 수소 부분 압력을 제어하는 다른 방법들이 사용될 수 있다. 하지만, 많은 수소 화합물들은 폭발 위험을 나타내며, 수증기는 안전한 대안을 제공하는 것을 알 수 있다.

특정 실시 예들에서, 열적 절연 물질(미도시)은 상기 벨로우즈들을 통해 열 손실을 방지하도록 상기 벨로우즈의 내부 영역 내에 배치될 수 있다. 예를 들면, 내화성(예컨대, 세라믹) 블랭킷(미도시)은 상기 벨로우즈 내부에 배치될 수 있다. 내화성과 같은 열적 절연 블랭킷들은 상업적으로 이용가능하다.

대부분의 유리 제조 장치(10)에서와 같이, 다운커머(20) 및 주입구 파이프(40)는 절연 내화성 물질(96)에 의해 열적으로 절연된다. 예를 들면, 이러한 절연 내화성 물질은 내화성 블록들(96)의 성형을 수행할 수 있다. 다른 실시 예들에서 상기 다운커머 및 주입구 파이프를 둘러싼 내화성 물질은 캐스터블(castable) 내화성 물질일 수 있다. 추가적으로, 다운커머(20) 및 주입구(40)는 각각 가열 멤버들(98,100)일 수 있다. 열전쌍(102 및 104)은 상기 다운커머 및 주입구 파이프의 온도를 모니터하기 위해 각각 사용될 수 있다. 피드백 시스템은 상기 열전쌍으로부터 파생된 온도를 상기 가열 멤버들에 전기 전력을 정규화하는 온도 정규화 컨트롤러에 연결하는데 사용될 수 있다.

일부 실시 예들어서, 다운커머 케이싱(76) 내의 분위기는 벨로우즈(54)의 내부 영역과 유사한 방식으로 제어될 수 있다. 즉, 상기 케이싱 내 수소의 부분 압력은 수소 함유 가스에 의한 것과 같은 직접적으로든 화살표 106으로 표시된 바와 같이 수증기를 통한 간접적으로든 수소 함유 구성성분의 도입을 통해 제어될 수 있다. 게다가, 주입구 파이프(40) 및 상기 주입구 파이프를 둘러싼 내화성 블록들(96)은 제2 주입구 케이싱(108)에 의해 둘러싸일 수 있다. 내화성 블록들(96)은 일반적으로 다공성이므로, 참조부호 110으로 나타낸 케이싱(108) 내 제3 분위기는 벨로우즈(54)에 의해 둘러싸인 영역 내에서 상기 다운커머 영역에서의 제1 및 제2 분위기와 유사하게 제어될 수 있다. 따라서, 상기 제3 분위기에서 수소의 부분 압력은 상기 제1 및 제2 분위기(89 및 94)로부터 독립적으로 제어될 수 있다.

본원에 기술된 비제한 대표적인 실시 예들은 다음을 포함한다:

C1. 용융 유리를 이송하는 벨셀들 간 갭을 밀봉하는 장치는 개방 말단을 가지는 제1 도관; 개방 말단을 가지는 제2 도관; 상기 제2 도관 개방 말단으로부터 연장되는 상기 제1 도관의 제2 부분에 대해 배치된 플렉서블 배리어; 상기 제1 도관에 연결된 제1 밀봉 플랜지; 및 상기 제2 도관에 연결된 제2 밀봉 플랜지를 포함하며, 상기 제1 도관 말단 근처의 상기 제1 도관의 적어도 제1 부분이 상기 제2 도관과의 접촉 없이 상기 제2 도관 내에 배치되며, 상기 제2 도관에서의 용융 유리의 자유 표면이 제1 분위기에 노출되는 상기 제1 도관 및 상기 제2 도관 간 갭이 존재하고, 상기 플렉서블 배리어, 상기 제1 밀봉 플랜지 및 제2 밀봉 플랜지가 주변 분위기로부터 상기 제1 분위기를 분리시키는 기밀 밀봉을 포함한다.

C2. C1에 따른 장치에 있어서, 상기 플렉서블 배리어는 벨로우즈이다.

C3. C1 또는 C2에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 플랜지들은 각각 내부링 및 상기 각각의 내부링에 연결된 외부링을 포함한다.

C4. C3에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 도관 및 상기 제2 도관 플랜지들의 내부링은 백금을 포함한다.

C5. C1-C4 중 어느 하나에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 도관은 백금을 포함한다.

C6. C-C5 중 어느 하나에 따른 장치에 있어서, 상기 플렉서블 배리어는 상기 제1 및 제2 도관들로부터 전기적으로 격리된다.

C7. C1-C6 중 어느 하나에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 플랜지의 상기 내부링은 비평면(non-planar)이다.

C8. C1-C7 중 어느 하나에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 분위기는 상기 제2 분위기와 다르다.

C9. C1-C8 중 어느 하나에 따른 장치에 있어서, 상기 제2 도관은 상기 제1 도관의 부분의 변화 없이 변화될 수 있다.

C10. C1-C9 중 어느 하나에 따른 장치에 있어서, 상기 플렉서블 배리어는 니켈 또는 크롬을 포함한다.

C11. C1-C10 중 어느 하나에 따른 장치에 있어서, 상기 플렉서블 배리어는 무자계(non-magnetic)이다.

C12. C1-C11 중 어느 하나에 따른 장치에 있어서, 상기 제1 또는 제2 도관은 전기적 접지로부터 전기적으로 격리된다.

C13. 유리 제품을 제조하는 방법은 용융 유리를 생성하는 단계; 제1 베셀에서 제2 베셀로 상기 용융 유리를 이송하는 단계; 및 유리 제품을 생산하도록 상기 제2 베셀에서 성형체로 상기 용융 유리를 유동시키는 단계를 포함하며, 상기 제1 베셀의 적어도 일부가 상기 제2 베설과의 접속 없이 상기 제2 배셀 내에서 연장되고, 상기 제1 및 제2 베셀들 간 갭에 제1 분위기에 노출된 상기 용융 유리의 자유 표면이 존재하며, 상기 제1 분위기는 상기 제1 및 주변 분위기들 간 기밀 밀봉을 포함하는 상기 제1 및 제2 베셀들에 결합된 플렉서블 금속 배리어에 의해 주변 분위기로부터 분리된다.

C14. C13에 따른 방법에 있어서, 상기 플렉서블 배리어는 벨로우즈를 포함한다.

C15. C13 또는 C14 중어느 하나에 따른 방법에 있어서, 상기 플렉서블 배리어는 상기 제1 및 제2 베셀들로부터 전기적으로 격리된다.

C16. C13-C15 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 상기 제1 분위기에서 수소의 부분 압력을 제어하는 단계를 더 포함한다.

C17. C13-C16 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 상기 제1 플랜지는 상기 제1 베셀에 연결되고 제2 플랜지는 상기 제2 베실에 연결되며, 상기 제1 및 제2 플랜지들은 상기 플렉서블 금속 배리어에 결합되며, 상기 제1 플랜지는 상기 제2 플랜지로부터 전기적으로 격리된다.

C18. C13-C17 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 상기 제1 베셀에 따라 상기 제2 베셀을 움직이는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 베셀의 움직임은 상기 플렉서블 금속 배리어의 신축 또는 압축을 초래한다.

C19. C13-C18 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 상기 제1 베셀을 통해 전류를 흘림으로써 상기 제1 베셀을 가열하는 단계를 더 포함한다.

C20. C13-C19 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 상기 유리 제품은 유리 리본이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 융합 하향 인발 장치 12 : 용융기
14 : 파이너 16 : 교반 베셀
18 : 보울 20 : 다운커머
22, 24, 30 : 접속 도관 26 : 배치 물질
28 : 용융 유리 물질 32 : 성형체
34 : 트로프 36 : 집속 성형 표면들
38 : 루트 40 : 주입구 파이프
42 : 유리 리본 44a, 44b : 엣지 롤러들
46 : 유리 시트 50 : 다운커머의 말단
52 : 밀봉 방치 54 : 벨로우즈
56 : 다운커머 밀봉 플랜지 58 : 주입구 밀봉 플랜지
60 : 다운커머 벨로우즈 클램프 62 ; 주입구 벨로우즈 프램프
64 : 절연 물질 66 : 내부링
68 : 컷아웃 70 : 외부 부분
72 : 내부링의 내부 엣지 74 : 외부링
76 : 다운커머 케이싱 78 : 외부링 볼트 홀
86 : 주입구 케이싱 멤버 90 : 주입구의 마란
92 : 자유 표면 94 : 벨로우즈 내부 영역
96 : 내화성 물질 98, 100 : 가열 멤버
102, 104 : 열전쌍 108 : 제2 주입구 케이싱
110 : 제3 분위기

Claims

용융 유리를 제1 도관을 통해 이송하는 단계이며, 상기 제1 도관은 근위 단부, 개방 원위 단부, 및 제1 도관에 연결된 제1 밀봉 플랜지를 포함하는, 단계;
용융 유리를 제1 도관으로부터 제2 도관으로 이송하는 단계이며, 상기 제2 도관은 개방 원위 단부, 성형체의 주입구에 연결된 근위 단부, 및 제2 도관에 연결된 제2 밀봉 플랜지를 포함하고, 상기 제1 도관의 적어도 제1 부분은 제2 도관과 접촉하지 않고 제2 도관 내에 연장되고, 제1 도관과 제2 도관 사이의 갭에서 제1 분위기에 노출된 용융 유리의 자유 표면이 존재하고, 상기 제1 분위기는 플렉서블 금속 배리어에 의해 주변 분위기로부터 분리되고, 상기 플렉서블 금속 배리어는 제2 도관 개방 원위 단부로부터 연장되는 제1 도관의 제2 부분 주위에 배치되고, 상기 플렉서블 금속 배리어, 상기 제1 밀봉 플랜지, 및 상기 제2 밀봉 플랜지는 제1 분위기와 주변 분위기 사이에 기밀 밀봉을 포함하는, 단계; 및
용융 유리를 제2 도관으로부터 성형체로 유동시켜 유리 제품을 생산하는 단계
를 포함하는, 유리 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 제1 분위기에서 수소의 분압을 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 유리 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 제2 도관을 제1 도관에 대해 이동시키는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제2 도관의 이동은 플렉서블 금속 배리어의 신축 또는 압축을 유도하는, 유리 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 제1 도관을 통해 전류를 흘림으로써 제1 도관을 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 유리 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 플렉서블 배리어가 벨로우즈(bellows)를 포함하는, 유리 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 플렉서블 배리어가 제1 베셀 및 제2 베셀로부터 전기적으로 격리되는, 유리 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 제1 밀봉 플랜지가 제2 밀봉 플랜지로부터 전기적으로 격리되는, 유리 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 유리 제품이 유리 리본인, 유리 제품의 제조 방법.