KR101968363B1 - 유리 시트를 형성하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

다운 인발 공정에 의해 형성된 유리의 압밀을 감소시키는 방법은 개시된다. 상기 유리는 유리 시트 또는 유리 리본일 수 있다. 상기 유리가 형성시, 이것은 미리 결정된 수준 이하의 유리의 가상 온도를 감소시키기 위해 효과적인 온도 및 시간 동안 용융염 욕에서 열적으로 처리된다. 하나의 구현 예에 있어서, 유리 리본은 융합 공정에서 형성되고, 상기 유리 리본은 상기 리본이 열적으로 처리되는 용융 금속 욕으로 방향 변경된다.

Description

유리 시트를 형성하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and Method for Forming Glass Sheets}

본 출원은 2011년 8월 29일자에 출원된 미국 특허출원 제13/219,824호의 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체적인 내용은 참조로서 본 발명에 모두 포함된다.

본 발명은 융합 인발 공정과 같은 공정, 또는 유리-형성 용융의 점성 리본 (viscous ribbon)으로부터 개별 시트를 통상적으로 산출하는 다른 공정들을 사용하여 제작된 유리의 열 처리에 관한 것이다.

상기 융합 인발 공정과 같은 공정은 형성 공정 동안 상대적으로 빠르게 냉각된, 구체적으로는 어닐링점을 지나고, 상기 유리 변형 온도 범위를 통하여 냉각된 유리 시트를 산출한다. 빠른 냉각의 이점은 공정 생산량, 및/또는 상기 제작 공정의 점유 공간 (footprint) 또는 높이를 제한하는 능력이다. 그러나, 상대적으로 빠른 냉각 공정은 상기 유리 변형 온도 범위를 통해 천천히 냉각된 유리-형성 리본과 비교하여, 상대적으로 열린 원자 구조 (open atomic structure), 또는 높은 몰 부피 (high molar volume)를 갖는 유리를 산출한다. 더욱이, 고정된 용융 및/또는 유속을 갖는 융합 인발과 같은 공정에 대하여, 더 얇은 유리의 형성은 증가된 냉각 속도로 반드시 바뀌는데; 즉, 유리는 더 빠른 인발이 일어나고, 더 적은 열 용량을 갖는다. 이것은 상기 유리 시트, 또는 상기 유리가 열 공정 동안 (예를 들어, 실리콘과 결합되거나, 또는 화학 강화를 위해 사용된 용융염 욕에서 가공된 경우, ITO 또는 코팅의 응용 동안) 실질적으로 재-가열되는 경우, 상기 유리 시트, 또는 모 시트로부터 절단된 더 작은 유리 제품이 압밀 (compaction), 치밀화, 또는 더 낮은 몰 부피를 달성할 수 있는 것을 의미한다. 형성-후 열 처리에서 상기 유리 구조의 이러한 압밀 또는 완화 (relaxation)는, 예를 들어, 화학 강화 (이온-교환) 공정에서 달성될 수 있는 압축 응력의 제한 또는 허용가능하지 않은 시트 치수적 변화를 유도할 수 있다. 상기 시트의 공정-후에 일어날 수 있는 압밀, 치수 변화, 또는 구조적 완화를 최소화하기 위하여, 열 처리 또는 "어닐링"은 전술된 바와 같은 원하는 후속 열 공정 이전에 상기 유리 구조를 미리-압밀 또는 완화시키는데 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 상황에서 완화는 상기 점성 물질이 너무 빠르게 냉각되기 때문에 달성하기에 충분한 시간을 제공하지 않는 평형 원자 구조 (equilibrium atomic structure)의 점진적 가열로 도달 (gradual furnace attainment)을 의미한다. 유리 제조업자 또는 LCD 패널-제조자에 의해 실행된 방법들은 수평적 또는 수직적 방향 (orientations)으로 박스 또는 어닐링 유리 용해로 (annealing lehr)에서 상기 시트의 열 처리를 포함한다. 불행하게도, 이들 공정들은 단단한 물질과 우연히 접촉하거나, 또는 상기 유리의 표면에 유리 또는 다른 외부 입자의 부착에 기인하여, 상기 시트의 변형, 마모 또는 표면 손상을 유도할 수 있다. 상기 표면상에 입자의 부착 또는 마모는, 표면이 나중에 두께로 갈리고 연마되는 표면보다는, 상기 최종 생산물 응용이, 본래의, 인발된 것과 같은 유리 표면에 적절한 경우에, 특히 불리하다. 이러한 표면 손상 또는 부착된 입자는 광학 결점 (optical defect)을 산출할 수 있거나 또는 강화-제한 흠 (strength-limiting flaws)이 될 수 있다.

상대적으로 빠르게 냉각된 유리가 상승된 온도에서 이온-교환 욕에 놓인 경우, 상기 원자 구조는 완화될 것이고, 이의 정도는 온도 및 시간뿐만 아니라, 상기 유리의 조성물 및 상기 유리가 상기 용융으로부터 냉각되는 속도에 의존한다. 유리 시트에 대한 이온-교환 공정에 있어서, 상기 의도 (intent)는 상기 시트 표면에 압축 응력을 형성하는 데 있다. 만약 상기 이온 교환 공정이 고온에서 수행된다면, 상기 유리 구조는 상기 이온-교환 욕에서 완화되고, 따라서 상기 응력이 풀리기 때문에 원하는 응력을 형성하는 것이 어려울 것이다. 이러한 구조적 완화는, 상기 완화가 상기 표면에 압축 응력을 형성하도록 의도된 공정에 대해 지속적으로 경쟁하기 때문에, 바람직한 높은 압축 응력이 상기 유리의 표면에 생성될 수 있는 정도를 제한한다. 전-완화된, 더 치밀한 구조에서 (이온-교환 동안) 나트륨 부위와 같은 더 작은 이온성 부위로, 칼륨 이온과 같은 더 큰 이온을 메우는 것은, 상기 유리가 상기 표면에 더 많은 압축 응력을 형성하도록 허용한다.

상기 유리의 전-완화 또는 압밀이 보통의 박스-형 가열로, 또는 어닐링 유리 용해로에서 수행될 수 있는 동안, 상기 유리는 중력의 힘에 기인한 변형 (distortion)에 적용되고, 상기 표면의 미관상 손상시키거나 또는 강화-제한 흠을 생성할 수 있는 단단한 내화성 물질과 접촉한다.

본 발명에서는 (예를 들어, 또 다른 물질에 열적으로 결합된, 유리에 코팅이 적용된 경우, 또는 상기 유리 시트/생산품이 화학적으로 강화된 경우) 상기 시트 및/또는 생산물의 후속 열 공정에서 상기 유리 시트에 의해 초래된 압밀, 구조적 완화, 또는 치수적 변화의 정도를 감소시켜 유리 시트의 가치를 향상시키는 공정이 개시된다. 상기 공정의 하나의 응용은 상기 유리의 변형 온도 범위를 통해 상대적으로 빠르게 냉각된 개별적 시트에 관한 것이다. 그러나, 상기 공정은 다운 인발 공정, 또는 이와 유사한 것으로부터 전달된 유리의 확장된 리본 (즉, 길이로 수 미터 이상)에 연속 방식에 적용될 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 상기 리본의 개별적 시트로 분할 (segmentation)은 확장된 열 처리 공정의 완성시에 일어난다. 이의 광범위한 관점에 있어서, 상기 공정은 실-형상 (near-net shape) (두께, 길이 및 폭)으로 형성된 유리 시트 또는 상기 유리 시트가 미리-압밀될 수 있는 온도 범위를 갖는 용융 금속 욕으로 전달되기 전에 원하는 두께 및 폭이 형성되거나, 또는 상기 유리의 가상 온도 (fictive temperature)가 실질적으로 감소하는 정도로 가열되는 리본의 조절된 냉각을 포함한다. 이러한 접근법은 강기 융합 다운 인발 공정과 같은 다운 인발 공정에 대해 특히 적합하다.

다운 인발 공정은 상기 인발의 상부에 형성된 리본, 및 상기 유리가 고체화되고 원하는 형상으로 절단되는 인발의 하부 사이의 상대적으로 짧은 거리에 의해 일반적으로 방해된다. 즉, 상기 인발의 물리적 높이 및 상기 유리 리본의 길이에 실제적 제한이 있다. 상기 유리 리본의 안정성은 특히 상기 유리가 상기 유리 전이 온도 범위를 통하여 통과함에 따라, 중요하다. 따라서 상기 유리 리본이 매달려 있는 동안에 인발이 더 높아지고, 시간이 더 길어질수록, 특히 디스플레이-형 응용을 위해 생산된 유리가 통상적으로 2 mm 이하의 두께, 좀더 통상적으로는 1 mm 미만의 두께인 것으로 고려되는 경우, 안정한 형성 공정을 유지하는 것은 좀더 어렵다. 따라서, 상기 유리 리본은 수십 분 또는 심지어 시간들 동안 지속될 수 있는 종래의 어닐링 사이클에서 상기 유리를 처리하는데 매우 적은 시간을 감당할 수 있는, 수 분만에 전체 인발 높이를 이동한다.

여기에 개시된 방법은, 평평하고 다른 변형되지 않은 형상으로, 리본, 또는 개별적 유리 시트를 유지하는 치밀한 용융 금속 액체에 수평적 방향으로 떠다니는, 상기 유리 리본, 또는 몇몇 경우에, 개별적 유리 시트를 허용한다. 더구나, 상기 유리 리본 또는 시트가 떠다니고, 이의 구조 또는 가상 온도가 적절하게 조정된 경우, 이들이 상기 리본으로부터 분할된 후, 예를 들어, 가열로 또는 유리 융해로에서 시트를 걸거나, 또는 고정체 (fixture) 또는 용기 (container)에서 상기 시트를 지지시켜 초래될 수 있는 변형의 정도에 적용되지 않는다. 유사하게, 상기 리본 또는 시트의 표면은 만약 상기 리본 또는 시트가 수평적 방향에서 열적으로 가공된다면, 단단한 지지체 물질 (예를 들어, 세터 타일 (setter tile))과 접촉하여 실질적으로 손상되지 않는다. 여기에 기재된 공정은 상대적으로 얇은, 예를 들어, 2 mm 이하의 두께, 1 mm 이하의 두께, 또는 0.7 mm 이하의 두께인 유리에 특히 적절하다. 얇은 리본 또는 시트의 평균은 상기 두께가 감소함에 따라 점점 더 유연해지는 것이다. 더 얇은 리본의 유리는 수직으로부터 수평 방향으로 미리결정된 호 (arc)를 통해 상기 리본을 전달하는 현수선 장치 (catenary device)를 사용하여 수직 방향으로부터 전환될 수 있다. 이러한 현수선 장치 (catenary device)는, 이의 폭의 최대, 예를 들어, 융합-인발 유리의 비드 영역에서 상기 리본을 유지 및/또는 전달할 수 있다. 선택적으로, 상기 리본은 용융 금속 욕의 전진 또는 리딩 엣지 (edge)로 에어 베어링 (air bearing)를 사용하는 호의 코스에서 전환될 수 있다. 두 경우에 있어서, 상기 리본 또는 시트의 소위 품질 영역은 이것이 수직으로부터 수평 방향으로 전달됨에 따라 기계적 장치에 의해 터치되지 않는다. 본 발명에 사용된 바와 같은, 용어 "품질 영역"은 최종 장치에 궁극적으로 혼입되는 유리 시트 또는 리본의 부분을 의미한다. 다수의 공정에 있어서, 상기 리본 또는 시트의 엣지부가 접촉되는, 비-품질 영역은, 손상 가능한 잠재적인 접촉 때문에, 또는 허용가능하지 않는 치수적 속성으로부터 격을 수 있는 비-품질 영역 때문에, 나중에 제거된다. 어떤 경우에 있어서, 상기 유리 리본은 수평적 위치를 통해 수직적 위치로부터 인클로저 (enclosure)에 남아있고, 이에 의해 상기 리본을 분할하는 동안, 또는 주변 공기 중에서, 굴뚝 효과 (chimney effect) 때문에 상기 유리에 부착하고 상향으로 떠도는, 발생된 미립자를 제거한다.

따라서, 하나의 구현 예에 있어서, 유리 시트를 형성하는 방법은 10⁸ Poise 이상의 제1 점도를 갖는 점성 부분을 포함하는 유리 리본을 형성하기 위해 제1 방향으로 다운 인발 공정에서의 형성체로부터 용융 유리를 흐르게 하는 단계; 상기 점성 부분을 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 방향을 변경하는 단계; 상기 방향이 변경된 점성 부분을 용융 금속의 욕 상에 지지시키는 단계, 여기서 이것이 용융 금속의 욕에 유입에 따라 상기 점성 부분의 제2 점도는 약 10⁹ Poise 이상이고; 상기 점성 부분이 탄성부 (elastic portion)를 형성하기 위해 용융 금속의 욕을 가로지름에 따라 약 10¹⁴ Poise 이상의 제3 점도로 상기 점성 부분을 냉각시키는 단계; 및 개별적 유리 시트를 형성하기 위해 상기 탄성부를 분리시키는 단계를 포함한다. 상기 점성 부는 방향을 변경하는 동안, 예를 들어, 에어 베어링에 의해 지지될 수 있다. 선택적으로, 상기 유리 리본은 상기 방향을 변경하는 동안 롤러에 의해 지지될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 시트는 상기 방향을 변경하는 동안 에어 베어링 및 롤러 모두에 의해 지지될 수 있다. 용융 유리의 점성체 (viscous mass)가 약 10³ - 10⁵ Poise 사이의 상대적으로 낮은 점도에서 용융 금속의 표면상에 유입되는 종래의 플로우트 (float) 공정과 다르게, 본 발명의 상기 유리 리본 (또는 몇몇 구현 예에 있어서, 유리 시트)은 약 10⁹ Poise 이상의, 상대적으로 높은 점도에서 상기 용융 욕 상에 유입된다. 상기 용융 금속의 욕은, 예를 들어, 주석을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 용융 금속의 욕은 납, 은, 구리, 아연 또는 안티몬, 또는 이의 조합을 더욱 포함할 수 있다.

몇몇 구현 예에 있어서, 열 처리된 리본으로부터 절단된 상기 개별적 유리 시트, 또는 유리 시트는, 상기 분리 이후에 이온 교환될 수 있다.

또 다른 구현 예에 있어서, 유리 시트를 열 처리하는 방법은 10⁹ Poise 이상의 점도를 갖는 유리 시트를 제공하는 단계; 및 용융 금속의 욕 상에 상기 유리 시트를 지지하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 유리 시트는 미리결정된 온도 이하의 유리 시트의 가상 온도를 감소시키기에 효과적인 시간 동안 열 처리된다. 예를 들어, 상기 유리 시트의 가상 온도 (fictive temperature)는 상기 처리의 결과로서 230℃ 및 750℃ 사이의 온도, 300℃ 및 650℃ 사이의 온도, 또는 400℃ 및 650℃ 사이의 온도로 감소될 수 있다.

또 다른 구현 예에 있어서, 유리 시트를 생산하기 위한 장치는: 용융 유리를 수용하기 위한 상부 표면에 형성된 채널을 포함하고, 루트 (root)에서 결합하는 형성 표면을 수렴하는 형성체; 제1 방향으로부터 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 상기 루트로부터 하강하는 유리 리본을 방향을 변경하도록 설계된 방향 변경 장치; 상기 유리 리본을 지지하도록 설계된 용융 금속을 함유하는 용기; 및 상기 용기의 다운스트림에 위치되고, 상기 유리 리본으로부터 유리 시트를 절단하도록 적용된 절단 장치를 포함한다. 상기 방향 변경 장치는, 예를 들어, 에어 베어링을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 방향 변경 장치는 롤러를 포함할 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 방향 변경 장치는 에어 베어링 및 롤러 모두를 포함할 수 있다.

몇몇 구현 예에 있어서, 상기 용융 금속은 주석, 납, 은, 안티몬, 구리 및 아연, 또는 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함할 수 있다.

본 발명의 부가적인 특성 및 장점은 하기의 상세한 설명에서 더욱 설명될 것이고, 부분적으로는 하기의 상세한 설명, 청구항, 및 첨부된 도면을 포함하는, 본 발명에 기재된 바와 같이 본 발명을 실행하여 인지되거나 또는 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 쉽게 명백해 질 것이다.

전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 본 발명의 구현 예들을 제공하며, 청구된 바와 같은 본 발명의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것임을 이해되어야 한다. 첨부하는 도면은 본 발명의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 다양한 구현 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 좀더 구체적으로 설명한다.

도 1은 대표적인 융합 다운인발 유리 제조 공정의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구현 예의 단면도이고, 여기서 다운인발 공정에 의해 형성된 유리 시트는 용융 금속의 욕에서 열 처리된다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 구현 예의 단면도이고, 여기서 다운인발 공정에 의해 형성된 유리 리본은 용융 금속의 욕에 열 처리된다.

하기의 상세한 설명은 제한되지 않는 설명이 목적이며, 특히 상세하게 개시하는 구현 예는 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 기술된다. 그러나, 기술분야의 당업자에게 의해 본 발명이 여기에 개시된 상세한 설명을 벗어나는 다른 구현 예들에서 실행될 수 있음은 명백할 것이다. 더구나, 공지의 장치, 방법 및 물질의 설명은 본 발명의 설명을 모호하게 하지 않기 위하여 생략될 수 있다. 최종적으로, 적용가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 의미한다.

도 1은 용융 가열로 (12), 청징 용기 (14), 교반 용기 (16), 수용 용기 (18), 하강관 (20), 주입구 (22) 및 용융 유리-형성 물질의 얇은 리본 (26)이 하강하는 형성체 (24)를 포함하는 유리 시트를 형성하기 위한 융합 유리 제조 시스템 (10)의 대표적인 구현 예를 예시한다. 유리 제조 시스템 (10)은 용융기와-청징 용기의 연결 튜브 (28), 청징 용기와-교반 용기의 연결 튜브 (30), 및 교반 용기와-수용 용기의 연결 튜브 (32)를 포함하는, 상기 용융 유리-형성 물질을 전달하기 위한 다양한 다른 용기 또는 도관을 더욱 포함한다. 상기 용융 가열로 및/또는 형성체가 알루미나 또는 지르코니아를 포함하는 세라믹 벽돌 (brick)과 같은, 세라믹 물질로부터 통상적으로 형성되는 반면, 이들 사이의 상기 다양한 용기 및 배관은 종종 백금 또는 이의 합금을 포함한다. 비록 하기 설명이 도 1에서 예시된 공정과 같은, 대표적인 융합 다운인발 공정에 관한 것일지라도, 본 발명은 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 기본 공정인, 단일면 오버플로우 공정 또는 슬롯 인발 공정과 같은 다운 인발 유리 제조 공정의 다른 변형에 동등하게 적용가능하다.

도 1의 대표적인 융합 공정에 따르면, 용융 가열로 (12)는 유리-형성 물질(이하 용융 유리 (40))을 생산하기 위해 상기 가열로에 의해 용융된, 화살표 (38)에 의해 표시된 바와 같이, 배치 물질 (36)이 제공된다. 용융 유리 (40)는 용융 가열로와-청징 용기의 연결 튜브 (28)를 통해 용융 가열로 (12)로부터 청징 용기 (14)로 전달된다. 상기 용융 유리는 상기 청징 용기에서 가열로 온도를 초과하는 온도로 가열되고, 그 결과 상기 용융 유리 내에 함유된 다가 산화물 물질은 상기 용융 유리를 통해 증가하는 산소를 방출한다. 이러한 산소의 고-온 방출은 상기 배치 물질의 용융에 의해 발생된 상기 용융 유리 내에 가스의 작은 버블을 제거하는 것을 돕는다.

상기 용융 유리는 그 다음 회전 교반기가 상기 용융 유리의 동등한 물리적 및 화학적 농도 (consistency)를 보장하기 위해 혼합시키고 균일화하는 상기 교반 용기 (16)로 청징 용기와-교반 용기의 연결 튜브 (30)를 통해 청징 용기 (14)로부터 흐른다. 상기 교반 용기 (16)로부터 균일화된 용융 유리는 그 다음 교반 용기와-수용 용기의 연결 튜브 (32)를 통해 흐르고, 수용 용기 (18)에 수집되며, 하강관 (20) 및 주입구 (22)를 통하여, 형성체 (24)로 향하고, 이후 유리 리본으로 형성된다.

형성체 (24)는 상기 형성체의 상부 표면에 위치된 개방 채널 (42) 및 상기 형성체의 버텀 또는 루트 (46)에서 수렴되는, 도 2에서 잘 알 수 있는, 한 쌍의 수렴 형성 표면 (converging forming surface, 44)을 포함한다. 상기 형성체에 공급된 상기 용융 유리는 개방 채널로 흐르고, 이의 벽을 넘쳐 흐르며, 이에 의해 상기 수렴 형성 표면을 넘쳐 흐르는 용융 유리의 두 개의 개별적 흐름으로 분리시킨다. 용융 유리의 개별적 흐름이 상기 루트에 도달된 경우, 이들은 상기 형성체의 루트로부터 하강하는 점성의 용융 유리의 단일 리본을 형성하기 위해, 재결합하거나 또는 융합한다. 여러 가지의 롤러 (48)는 상기 리본의 엣지를 따라 점성 유리 리본과 접촉하고, 제1, 하향 방향 (50)으로 상기 리본을 인발하는 것을 돕는다. 바람직하게는 제1 하향 방향은 수직 방향이다.

상기 제1 방향과 다른 제2 방향 (52)으로 상기 리본의 방향을 변경하기 위하여, 도 1의 상기 융합 공정은 상기 유리 리본을 전환시키는 방향 변경 장치 (54)를 더욱 포함한다. 도 2에 나타낸, 방향 변경 장치 (54)는 롤러 (56)로 표시된다. 바람직하게는 상기 유리 리본은 90 도의 각으로 방향 변경 장치 (54)에 의해 전환되고, 따라서 제2 방향 (52)은 수평이다. 바람직하게는, 이것이 방향 변경 장치 (54)로 유입함에 따라 유리 리본 (26)의 점도는 약 10⁸ Poise 이상, 및 약 10⁹ Poise 이상이고, 몇몇 구현 예에 있어서, 이것이 상기 방향 변경 장치로 유입함에 따라 상기 유리 리본의 점도는 약 10¹⁰ Poise 이상이다. 이것이 상기 방향 변경 장치 (54)로 유입함에 따라 상기 유리 리본의 점도는 상기 유리 리본의 두께, 상기 리본의 두꺼워진 엣지 (비드)의 두께, 이것이 방향 변경됨에 따른 상기 유리 리본을 지지하기 위해 사용된 방법, 상기 형성체로부터 하강하는 상기 리본의 중량 및 상기 형성체로부터 용융 유리의 유속과 같은 이러한 인자에 의해 부과된 제약에 의해 적어도 일부 결정된다. 예를 들어, 더 높은 점도 유리 리본, 예를 들어, 10¹⁰ Poise 이상은 얇은 리본 (예를 들어, 약 0.6 mm 이하)에 대해 적합할 수 있다. 그러나, 상기 유리 리본의 점도는 상기 유리 리본이 이의 형상 (예를 들어, 두께)를 유지할 수 있게 방향 변경됨에 따라 충분하게 높을 수 있다. 바람직하게는, 상기 방향 변경 장치는 상기 유리 리본에 접촉하지 않거나, 또는 롤러가 사용된 경우와 같이, 접촉이 필수적인 경우에 있어서, 접촉은, 예를 들어, 상기 리본의 엣지를 따라 위치된 상기 유리 리본의 비드 영역을 따라 또는 영역에 인접한, 상기 유리 리본의 엣지부에 제한된다. 개략적으로 전술된 바와 같이, 상기 비드는 상기 리본을 상기 리본의 엣지로부터 내부로 당기는 표면 인장 효과를 일부 결과하는 상기 리본의 두꺼워진 영역이다.

몇몇 구현 예에 있어서, 방향 변경 장치 (54)는 에어 베어링을 포함하고, 여기서 상기 유리 리본은 상기 에어 베어링의 다공성 표면으로부터 나오는 공기 쿠션에 의해 에어 베어링의 표면에 걸쳐 지지된다. 상기 에어 베어링은, 예를 들어, 상기 유리 리본이 상기 제1 방향 (50)으로부터 상기 제2 방향 (52)으로 전환하기 때문에, 상기 유리 리본에 의해 나타나는 현수선 굽힘 (catenary bend)에 따르는, 아치형 표면 (arcuate surface)을 포함할 수 있다. 에어 베어링에 걸쳐 상기 리본을 지지하는 것은 상기 에어 베어링 표면 및 상기 유리 리본 사이에 물리적 접촉을 피하고, 이에 의해 접촉 손상에 대한 기회를 최소화시킨다.

다른 구현 예에 있어서, 상기 유리 리본은 상기 방향 변경 동안 하나 이상의 에어 베어링 및 롤러 모두에 의해 지지될 수 있다. 롤러는 엄격한 특성 조절이 상기 최종 유리 생산물에 요구되지 않은 응용에 적합할 수 있다.

도 2에 따르면, 상기 유리 리본이 제1 방향 (50)에서의 이동으로부터 제2 방향 (52)에서의 이동으로 전환될 때, 상기 유리 리본은 적절한 용기 (60)에 함유된 용융 금속의 욕 (58)에 유입되고, 여기서, 상기 유리 리본은 상기 용융 금속 욕의 노출된 표면상에 지지된다. 상기 용융 금속 욕을 포함하는 금속은 예를 들어, 주석일 수 있다. 다른 구현 예에 있어서, 상기 용융 금속 욕은 납, 은, 안티몬, 구리, 또는 아연 중 하나 이상과 결합한 주석을 포함한다. 적절한 양으로 납, 은, 안티몬, 구리 또는 아연과 같은 첨가 금속은 상기 용융 금속 욕의 용융 온도를 낮추기 위해 사용될 수 있다. 상기 욕의 온도는 바람직하게는 약 750℃ 이하이지만 상기 금속의 용융 온도 이상으로 유지된다. 예를 들어, 순수한 주석 욕에 대하여, 상기 주석의 온도는, 비록 전술된 바와 같이, 상기 용융 금속 욕이 다소 더 낮은 온도를 달성하기 위해 합금될 수 있을지라도, 약 230℃ 이상으로 유지될 수 있다. 상기 용융 금속의 산화를 방지하기 위하여, 용기 (60)는 상기 용융 금속 이상의 상대적으로 불활성 분위기 (64)를 유지하기 위해 커버 (62)가 제공된다. 예를 들어, 질소의 분위기, 또는 질소 및 아르곤의 혼합물은 상기 용융 금속에 걸쳐 적합한 불활성 분위기를 형성한다. 이것은 커버 (62)가 기밀구조 (gas tight)일 필요가 없다는 것에 주목될 것이고, 배열은 적절한 가스의 공급으로 불활성 분위기를 정기적으로 또는 연속적으로 대체 또는 공급할 수 있다.

바람직하게는, 상기 유리 리본은 이것이 상기 용융 금속 욕 (58)의 표면상에 유입시 적어도 10⁹ Poise의 점도 및, 바람직하게는, 약 10¹⁰ Poise 이상의 점도를 갖는다. 그러나, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 리본은 10¹¹ poise과 같은, 용융 금속 염의 표면상에 이것이 유입됨에 따라, 더 높은 점도를 가질 수 있다. 상대적으로 뜨거운 유리 리본이 상기 용융 금속 욕의 표면에 걸쳐 이동함에 따라, 상기 유리 리본의 온도는 상기 용융 금속 욕의 범위 내의 온도로 감소한다. 예를 들어, 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 용융 금속염의 온도는 약 230℃ 내지 약 750℃의 범위이고, 상기 유리 리본의 점도에서 나중에 증가를 결과한다. 바람직하게는, 상기 용융 금속 욕을 떠나는 상기 유리 리본의 점도는 약 10¹³ Poise 이상, 약 10¹⁴ Poise 이상, 또는 약 10¹⁵ Poise 이상이고, 및 몇몇 경우에 있어서, 상기 용융 금속 욕을 떠나는 상기 유리 리본의 점도는 적어도 약 10¹⁶ Poise이다.

이것이 상기 용융 금속 욕의 표면에 걸쳐 이동함에 따라 상기 유리 리본의 적절한 냉각을 보장하기 위하여, 히터 (57)는 상기 유리 리본이 유입되는 욕의 주입구 말단에서 가장 높은 온도 및 상기 유리 리본이 상기 욕에 존재하는 욕의 반대 배출구 발단에 가장 낮은 온도로, 상기 욕이 상기 욕의 길이를 따라 온도 구배를 나타내도록, 상기 욕 내에 함침될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 욕은 또한 상기 욕의 다른 영역으로부터 상기 욕의 분리 영역 (segregating regions)에 도움이 되는 잠겨진 배플 (submerged baffles, 63)을 또한 포함할 수 있다. 히터 및 배플은 만약 필요하거나 원한다면 서로 접합되어 사용될 수 있다. 본 발명의 상황에서 적절한 냉각은 가장 중요한 온도 범위에 걸친 냉각기간을 지연하는 것을 의미한다. 즉, 상기 온도 범위에 걸쳐 가장 큰 영향은 상기 유리의 압밀 (compaction)에서 만들어질 수 있다. 디스플레이 응용에 사용하는데 적절한 유리에 대하여, 이것은 약 10¹¹ Poise 및 10¹⁴ Poise 사이의 유리 점도에 동등한 온도 범위이다.

전술된 바와 같은 연속적 유리 리본 외에 개별적 유리 시트가 상기 용융 금속 욕 상에 떠다니는 경우에 있어서, 상기 용융 금속 욕의 가장 뜨거운 부분에 유입되는 상기 개별적 유리 시트가 떠다니기 전에 상기 유리 시트의 초기 온도보다 휠씬 더 높은 온도로 상기 용융 금속 욕에 의해 가열될 수 있다는 것이 주목될 것이다. 이러한 경우에 있어서, 상기 유리 시트는 먼저 상기 용융 금속 욕의 뜨거운 말단과 실질적으로 동일한 제1 온도로 상승되고, 그 다음 상기 유리 시트가 더 차가운 말단 쪽으로 상기 용융 금속 욕의 길이로 이동함에 따라 나중에 냉각된다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리 시트는 상기 유리 시트의 유입 점에서 상기 용융 금속 욕의 온도와 같거나 또는 실질적으로 같은 온도로 미리 가열될 수 있다.

상기 유리 리본은 만약 필요하다면 롤러 (65)에 의해 용융 금속 욕 (58)의 표면에 걸쳐 이동될 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 롤러 (65)는 상기 롤러가 바람직하게는 상기 유리 리본의 품질 영역에 손상을 방지하기 위하여 상기 유리 리본 (또는 유리 시트)의 엣지부에만 접촉하도록 수평적으로-배치된 유리 리본에 대해 위치된다. 상기 유리 리본이 상기 용융 금속 욕을 떠날 때, 상기 유리 리본은 개별적 유리 시트 (66)를 형성하기 위한 종래의 방법에 의해 분리 (즉, 절단)될 수 있다. 예를 들어, 유리의 개별적 시트가 분리장치 (68)에 의해 상기 유리 리본으로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 분리장치 (68)는 상기 유리 리본을 스코어링하는 스코어 휠 (score wheel) 또는 다른 기계적 스코어링 장치를 포함할 수 있다. 상기 유리 리본은 그 다음 벤딩과 같은, 상기 스코어를 가로지르는 인장 응력을 적용하여 분리될 수 있다. 몇몇 구현 예에 있어서, 분리장치 (68)는, 전술된 바와 같은, 기계적 스코어링 장치, 및 상기 스코어 라인에 걸쳐 레이저 빔을 이동하고, 상기 유리 리본을 가로지르는 균열을 전파하는 레이저를 포함한다. 다른 구현 예에 있어서, 분리는 기계적 스코어 없이 달성될 수 있고, 여기서 분리장치 (68)는 상기 유리를 분리하고 스코어링하는 하나 이상의 레이저를 포함한다. 부가적으로, 워터 젯 및/또는 레이저 보조 워터 젯은 상기 유리 리본으로부터 유리 시트를 분리시키는데 사용될 수 있다.

몇몇 예에 있어서, 상기 분리된 유리 시트 또는 상기 유리 리본은 열 처리 챔버 (70)에서 선택적 또 다른 열 처리에 적용될 수 있다. 예를 들어, 비록 열 처리 챔버 (70)가 도 2에서 공정의 분리 단계 이후 (즉, 분리장치 (68) 이후)에 나타낼 수 있을지라도, 열 처리 챔버 (70)는 상기 유리 리본이 상기 용융 금속 욕으로부터 제거된 후 또 다른 열 처리되도록, 도 3에 예시된 바와 같은, 용융 금속 욕 및 분리장치 (68) 사이에 위치될 수 있다. 상기 열 처리 챔버 (70)에서 부가적 열 처리는 상기 유리 리본 (또는 이로부터 유도된 유리 시트)를 열 처리하기 위해 이용가능한 시간의 기간을 증가시키는 반면, 용융 금속 욕 내에 적절한 온도 구배를 유지하는 것과 연관된 비용 및 복잡성을 극복한다.

유리 시트 (66)가 리본 (26)으로부터 분리시, 유리 시트 (66)는 이온 교환 공정에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 유리 시트는 칼륨 이온을 포함하는 액체 욕 (도시되지 않음)에 놓일 수 있고, 여기서 상기 이온 교환 옥에서 칼륨 이온은, 예를 들어, 상기 유리 내에 나트륨 이온과 치환된다. 이온 교환 공정은 기술분야에서 잘 알려져 있고, 더 이상 기재하지 않는다. 좀더 일반적으로, 상기 이온 교환 공정의 목표는 더 작은 이온에 대해 더 큰 이온의 치환이고, 칼륨 이외의 이온성 물질이 특별한 유리 조성물에 의존하여 사용될 수 있다. 기술분야에서 당업자는 상기 유리 시트의 조성물에 의존하여 적절한 이온 교환 공정을 쉽게 결정할 수 있다.

당업자들에게 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 만들어질 수 있음은 자명하다. 본 발명의 사상 및 물질을 포함하는 개시된 변형 조합, 준-조합 및 변경이 당업자에게 일어날 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구항의 범주 및 이들의 균등물 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

10: 융합 유리 제조 시스템 12: 용융 가열로
14: 청징 용기 16: 교반 용기
18: 수용 용기 20: 하강관
22: 주입구 24: 형성체
26: 얇은 리본 42: 개방 채널
44: 수렴 형성 표면 46: 버텀 또는 루트
48, 65: 롤러 58: 용융 금속 욕
62: 커버 68: 분리장치
70: 열 처리 챔버

Claims (20)

10⁸ Poise 이상의 제1 점도를 갖는 점성 부분을 포함하는 유리 리본을 형성하기 위해 제1 방향으로 다운 인발 공정에서의 형성체로부터 용융 유리를 흐르게 하는 단계;
상기 점성 부분을 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 방향을 변경하는 단계;
상기 방향이 변경된 점성 부분을 용융 금속의 욕 상에 지지시키는 단계, 여기서 이것이 용융 금속의 욕에 유입에 따라 상기 점성 부분의 제2 점도는 10⁹ Poise 이상이고;
상기 점성 부분이 탄성부를 형성하기 위해 용융 금속의 욕을 가로지름에 따라 10¹⁴ Poise 이상의 제3 점도로 상기 점성 부분을 냉각시키는 단계, 여기서 상기 냉각시키는 단계는 상기 유리 리본의 탄성부의 가상 온도를 230℃ 초과 750℃ 미만의 온도로 감소시킴; 및
개별적 유리 시트를 형성하기 위해 상기 탄성부를 분리시키는 단계를 포함하는 유리 시트를 형성하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 제3 점도는 10¹⁵ Poise 이상인 유리 시트를 형성하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 분리 단계 이후에 상기 유리 시트의 적어도 하나의 표면에 이온 교환시키는 단계를 더욱 포함하는 유리 시트를 형성하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 점성 부분은 상기 방향을 변경하는 단계 동안 에어 베어링에 의해 지지되는 유리 시트를 형성하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 점성 부분은 상기 방향을 변경하는 단계 동안 롤러에 의해 지지되는 유리 시트를 형성하는 방법.

청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 점도는 10⁹ Poise 이상인 유리 시트를 형성하는 방법.

용융 유리를 수용하기 위한 상부 표면에 형성된 채널을 포함하고, 루트에서 결합하는 형성 표면을 수렴하는 형성체;
제1 방향으로부터 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 상기 루트로부터 하강하는 유리 리본을 방향을 변경하도록 설계된 방향 변경 장치;
상기 유리 리본을 지지하도록 설계된 용융 금속을 함유하는 용기, 여기서 상기 용융 금속을 함유하는 용기는 용융 금속에 잠겨진 배플, 제1 온도를 갖는 주입구 말단, 및 제2 온도를 갖는 배출구 말단을 포함하고, 여기서 상기 배플은 용융 금속의 영역을 용융 금속의 다른 영역으로부터 분리하며, 상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 큼; 및
상기 용기의 다운스트림에 위치되고, 상기 유리 리본으로부터 유리 시트를 절단하도록 적용된 절단 장치를 포함하는 유리 시트를 생산하기 위한 장치.

청구항 7에 있어서,
상기 방향 변경 장치는 방향을 변경하는 단계 동안 유리 리본을 지지하도록 설계된 에어 베어링을 포함하는 유리 시트를 생산하기 위한 장치.

청구항 7에 있어서,
상기 방향 변경 장치는 방향을 변경하는 단계 동안 유리 리본을 지지하도록 설계된 롤러를 포함하는 유리 시트를 생산하기 위한 장치.

청구항 7 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 용융 금속 함유 용기 및 상기 절단 장치 사이에 위치된 열 처리 챔버를 더욱 포함하는 유리 시트를 생산하기 위한 장치.

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