KR102633704B1 - 유리 리본 성형 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

하나의 실시예에 따라, 유리 리본 성형 장치는 하우징에 배치되고 루트에서 모이는 한 쌍의 하향으로 경사진 성형 표면 부분을 포함하는 성형 웨지를 포함할 수 있다. 다수의 가열 카트리지는 하우징의 포트에 배치될 수 있다. 각각의 가열 카트리지는 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 약 90도 이상의 각도로 지향된 열 지향 표면을 포함할 수 있다. 상기 열 지향 표면은 열 지향 표면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 발열체를 포함할 수 있다. 상기 가열 카트리지는 열 지향 표면이 성형 웨지를 향하도록 배치될 수 있고 열 지향 표면의 상부 에지는 상기 루트 위에 배치되어 열 지향 표면으로부터 열을 성형 웨지의 루트를 향해 지향시킨다.

Description

유리 리본 성형 장치 및 방법
본 출원은 2016년 5월 4일 제출된 미국 가출원 번호 제62/331,762호 및 2015년 11월 18일 제출된 미국 가출원 번호 제62/257,078호의 우선권을 주장하며, 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로 유리 리본을 만드는 방법 및 장치에 대한 것이다.
유리 성형 장치는 보통 LCD 디스플레이 등에 사용되는 유리 시트와 같은 다양한 유리 제품을 성형하는데 사용된다. 이러한 유리 시트는 연속 유리 리본을 성형하기 위해 성형 웨지(forming wedge) 위의 하향으로 흐르는 용융된 유리에 의해 제조될 수 있다. 기술은 점점 더 낮은 액체 점도를 가진 유리 조성물을 사용하는 것으로 발전한다. 이로써, 용융된 유리가 상기 성형 웨지를 가로지를 때 용융된 유리의 실투(失透)를 막기 위해 더 높은 성형 온도가 사용된다.
따라서, 더 높은 성형 온도를 제공하여 유리의 실투를 완화할 수 있는 유리 리본을 성형하기 위한 대안의 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.
하나의 실시예에 따라, 유리 리본을 성형하는 장치는 하우징에 배치되고 루트(root)에서 모이는 한 쌍의 하향으로 경사진 성형 표면 부분을 포함하는 성형 웨지를 포함할 수 있다. 다수의 가열 카트리지(cartridges)는 상기 하우징의 포트(port)에 배치될 수 있다. 각각의 가열 카트리지는 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 약 90도 이상의 각도로 배향된(oriented) 열 지향 표면(heat directing surface)을 포함할 수 있다. 상기 열 지향 표면은 상기 열 지향 표면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 발열체를 포함할 수 있다. 상기 가열 카트리지는 상기 열 지향 표면이 상기 성형 웨지를 향하고 상기 열 지향 표면의 상부 에지(edge)가 상기 루트 위에 배치되어 상기 열 지향 표면으로부터 열을 성형 웨지의 루트를 향해 지향시키도록 배치될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 유리 리본을 성형하기 위한 장치에 사용되는 가열 카트리지는 열 지향 표면을 포함할 수 있으며, 상기 열 지향 표면은 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 약 90도 이상의 각도로 배향되고, 상기 열 지향 표면은 그 표면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 발열체를 포함한다. 내화 재료가 상기 열 지향 표면 뒤에 배치될 수 있다. 상기 열 지향 표면으로부터의 각 관계(view factor)는 상기 가열 카트리지의 상단 표면 위보다 가열 카트리지의 상단 표면 아래가 더 클 수 있다. 상기 열 지향 표면의 상부 에지와 가열 카트리지의 상단 표면은 열 지향 표면 아래의 구역으로부터 열 지향 표면 위의 구역을 열적으로 보호할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 유리 리본을 만드는 방법은 성형 웨지의 한 쌍의 하향 경사진 성형 표면 부분 위에서 용융된 유리를 흘리는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 쌍의 하향 경사진 성형 표면 부분은 루트에서 모인다. 상기 용융된 유리는 유리 리본을 형성하기 위해 상기 성형 웨지의 루트로부터 인발될 수 있다. 상기 루트는 다수의 가열 카트리지로 가열될 수 있으며, 각각의 가열 카트리지는 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 약 90도 이상의 각도로 배향된 열 지향 표면을 포함한다. 상기 열 지향 표면은 상기 열 지향 표면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 발열체를 포함할 수 있다. 다수의 가열 카트리지 각각은 열 지향 표면이 성형 웨지를 향하고 열 지향 표면의 상부 에지와 각각의 가열 카트리지의 상단 표면이 상기 루트 위에 배치되어 다수의 가열 카트리지의 열 지향 표면의 각각의 열 지향 표면으로부터 열을 성형 웨지의 루트를 향해 지향시키도록 배치된다.
또 다른 실시예에서, 유리 리본을 성형하는 장치는 하우징에 배치되고 용융된 유리를 수용하는 트로프(trough)와 루트에서 모이는 한 쌍의 하향으로 경사진 성형 표면 부분을 포함하는 성형 용기(forming vessel)를 포함할 수 있다. 다수의 가열 카트리지는 상기 하우징의 포트에 배치될 수 있다. 각각의 가열 카트리지는 열 지향 표면을 포함할 수 있으며, 상기 열 지향 표면은 열 지향 표면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 발열체를 포함한다. 상기 가열 카트리지는 상기 열 지향 표면이 상기 성형 용기를 향하고 상기 열 지향 표면의 상부 에지와 상기 가열 카트리지의 상단 표면이 상기 성형 용기의 트로프 위에 배치되어 상기 가열 카트리지의 열 지향 표면으로부터 열을 상기 성형 용기의 트로프를 향해 지향시키도로 배치될 수 있다.
유리 리본을 성형하는 방법 및 장치의 부가적인 특징 및 이점들은 하기의 자세한 설명에서 제시될 것이며, 일부는 그 설명으로부터 통상의 기술자에게 쉽게 명백하거나 또는 청구 범위를 따르는 상세한 설명 및 첨부된 도면을 포함하여, 본원에 기재된 실시예를 구현함으로써 이해될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명 모두는 다양한 실시예를 설명하며 청구된 주제의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하려는 것임을 이해해야 한다. 첨부된 도면들은 다양한 실시예의 추가적인 이해를 위해 포함되며, 본 명세서의 일부를 구성하고 이에 포함된다. 도면들은 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하기 위해 제공된 설명과 함께, 본원에 개시된 다양한 실시예를 도시한다.
도 1은 본원에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 유리 리본을 성형하는 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 선 3-3의 위치에서 잘라낸 단면 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본원에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 도 2의 유리 리본을 성형하는 장치의 전방 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4a는 본원에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 유리를 만드는 장치에 사용된 교체 가능한 가열 카트리지를 개략적으로 도시한다.
도 4b는 도 4a의 선 4B-4B를 따라 잘라낸 교체 가능한 가열 카트리지의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본원에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 도 4a의 교체 가능한 가열 카트리지의 후방 사시도를 개략적으로 나타낸다.
도 6은 본원에 기재된 것과 같은 몰리브덴 디실리사이드(molybdenum disilicide) 발열체를 포함하는 가열 카트리지에 대한 개별 전력 변화에 대응하는 루트 온도의 수학적 모델을 그래프로 도시한다.
도 7은 본원에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 성형 용기의 트로프에 근접하게 배치된 가열 카트리지를 가진 유리 제조 장치의 성형 용기의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 8은 본원에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 도 7의 성형 용기의 선 8-8을 따라 잘라낸 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 9는 본원에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 성형 용기의 트로프에 근접하게 배치된 가열 카트리지를 가진 유리 제조 장치의 성형 용기의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸다.
유리 리본을 성형하는 방법 및 장치와 이와 함께 사용하기 위한 가열 카트리지의 실시예에 대해 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 그 예시가 첨부 도면에 도시된다. 가능하면, 동일하거나 유사한 부품을 나타내기 위해 동일한 참조 번호가 전체적으로 도면에서 사용된다. 유리 리본을 만들기 위한 장치의 하나의 실시예는 도 1에 도시되며, 일반적으로 전체적으로 참조 번호 (10)으로 나타낸다. 하나의 실시예에 따라, 유리 리본을 성형하는 장치는 하우징에 배치되고 루트에서 모이는 한 쌍의 하향 경사진 성형 표면 부분을 포함하는 성형 웨지를 포함한다. 다수의 가열 카트리지가 상기 하우징의 포트에 배치될 수 있다. 각각의 가열 카트리지는 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 약 90도(°)보다 큰 각도로 배향된 열 지향 표면을 포함할 수 있다. 상기 열 지향 표면은 열 지향 표면에 인접하게 배치된 발열체를 포함할 수 있다. 가열 카트리지는 상기 열 지향 표면이 상기 성형 웨지를 향하며 열 지향 표면의 상부 에지와 가열 카트리지의 상단 표면이 성형 웨지의 루트 또는 성형 웨지의 트로프의 적어도 하나 위에 배치되어 가열 카트리지의 열 지향 표면으로부터 열을 성형 웨지의 루트 또는 성형 웨지의 트로프 중 하나로 지향시키도록 배치된다. 유리 리본을 성형하기 위한 방법 및 장치와 이와 함께 사용하기 위한 가열 카트리지에 대한 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 본원에 더욱 자세하게 설명될 것이다.
범위는 "약" 하나의 특정 값으로부터 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 같이 본원에 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 실시예는 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값으로를 포함한다. 유사하게, 값이 근사치로 표현된 경우, 앞선 "약"의 사용에 의해, 특정 값은 다른 실시예를 형성한다는 것을 이해할 것이다. 범위의 각각의 말단점은 다른 말단점과 관련하여, 그리고 다른 말단점과 별도로 모두 중요하다는 것을 더욱 이해할 것이다.
본원에 사용된 방향 용어는 - 예를 들어, 위, 아래, 우, 좌, 전, 후, 상단, 바닥 - 도시된 것으로서 오직 도면을 참고하여 만들어지며 절대적인 방향을 나타내려는 것은 아니다.
달리 표현되지 않으면, 본원에 제시된 임의의 방법은 그 단계가 특정한 순서로 수행될 필요가 있다고 해석되지 않으며, 임의의 장치 특정 방향이 요구되는 것으로 해석되려는 것이 아니다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계에 이어지는 순서를 실제로 기술하지 않은 경우, 또는 임의의 장치 청구항이 개별 부품에 대한 순서 또는 방향을 실제로 기술하지 않은 경우, 또는 단계가 특정 순서에 제한되는 청구 범위 또는 설명에 달리 특별히 명시되지 않는 경우, 또는 장치의 부품에 대한 특정 순서 또는 방향이 기술되지 않은 경우, 순서 또는 방향은 어떤 식으로든 유추되는 것은 결코 아니다. 이는 어떤 가능한 비-명시적 근거를 담고 있으며: 단계, 동작의 흐름, 부품의 순서, 또는 부품의 방향의 배열에 대한 논리의 문제; 문법적 구성 또는 구두점에서 파생된 평범한 의미; 및 명세서에 명시된 실시예의 수 또는 유형;을 포함한다.
본원에 사용된 것처럼, 단수 형태 "하나", "한", 및 "그(상기)"는 문맥에 달리 명확하게 기재되어 있지 않는 한, 복수형을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "한" 구성요소에 대한 언급은, 문맥에 달리 명확하게 명시되지 않는 한, 둘 이상의 이러한 구성요소를 가진 관점을 포함한다.
다음으로 도 1을 참고하면, 유리 리본(12)을 성형하기 위한 유리 성형 장치(10)가 개략적으로 도시된다. 상기 유리 성형 장치(10)는 일반적으로 저장소(18)로부터 유리 배치 재료(16, glass batch material)를 수용하도록 구성된 용융 베셀(15)을 포함한다. 상기 유리 배치 재료(16)는 모터(22)에 의해 동력을 받는 배치 전달 장치(20)에 의해 용융 베셀(15)로 도입될 수 있다. 선택적 제어기(24)는 상기 모터(22)를 작동하도록 제공될 수 있으며, 용융된 유리 수위 탐침기(28, level probe)는 스탠드파이프(30, standpipe) 내의 용융 유리 수위를 측정하고 측정된 정보를 상기 제어기(24)와 연통하는데 사용될 수 있다.
상기 유리 성형 장치(10)는, 상기 용융 베셀(15) 보다 하류에 위치하고 제1 연결 튜브(36)를 통해 용융 베셀(15)로 연결된 청징 튜브와 같은 청징 베셀(38, fining vessel)을 포함한다. 교반 챔버와 같은, 혼합 베셀(42)은 상기 청징 베셀(38)보다 하류에 위치한다. 보울(bowl)과 같은 전달 베셀(46)은 상기 혼합 베셀(42)보다 하류에 위치한다. 도시된 바와 같이, 제2 연결 튜브(40)는 상기 청징 베셀(38)을 혼합 베셀(42)에 연결하고 제3 연결 튜브(44)는 상기 혼합 베셀(42)을 전달 베셀(46)에 연결한다. 또한 도시된 바와 같이, 하향관(48, downcomer)은 전달 베셀(46)로부터 성형 용기(60)의 유입구(50)로 용융 유리를 전달하도록 배치된다.
용융 베셀(15)은 통상적으로 내화 벽돌(예, 세라믹)과 같은, 내화 재료로 만들어진다. 유리 성형 장치(10)는 또한 통상적으로, 백금-로듐(platinum-rhodium), 백금 이리듐(platinum-iridium) 및 이들의 조합과 같은, 백금 또는 백금-함유 금속으로 만들어지지만, 또한 몰리브덴, 팔라듐(palladium), 레늄(rhenium), 탄탈륨(tantalum), 티타늄(titanium), 텅스텐(tungsten), 루테늄(ruthenium), 오스뮴(osmium), 지르코늄(zirconium), 및 이들의 합금 및/또는 이산화 지르코늄을 포함할 수 있는 구성요소를 포함할 수 있다. 백금-함유 구성요소는 제1 연결 튜브(36), 청징 베셀(38), 제2 연결 튜브(40), 스탠드파이프(30), 혼합 베셀(42), 제3 연결 튜브(44), 전달 베셀(46), 하향관(48), 및 유입구(50) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 성형 용기(60)는 또한 내화 재료(예를 들어, 내화 벽돌 및/또는 내화 금속)으로 만들어질 수 있으며 용융 유리를 유리 리본(12)으로 성형하도록 설계된다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 잘라낸 유리 성형 장치(10)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 성형 용기(60)는 위쪽으로(즉, 도 2에 도시된 좌표축의 + x 방향으로) 개방된 트로프(61)를 포함하는 성형 웨지(62), 상기 성형 웨지(62)의 대립된 말단(64a, 64b) 사이에서 연장되는 한 쌍의 아래쪽으로(즉, 도 2에 도시된 좌표축의 - x 방향으로) 경사진 성형 표면 부분(66a, 66b)을 포함한다. 아래쪽으로 경사진 성형 표면 부분(66a, 66b)은 하류 방향(68)을 따라 모여 루트(70)를 형성한다. 인발 평면(72)은 루트(70)를 통해 연장된다. 유리 리본(12)은, 본원에서 더 설명될 상기 인발 평면(72)을 따라 하류 방향(68)으로 성형 웨지(62)로부터 인발될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 인발 평면(72)은 루트(70)를 통한 성형 용기(60)의 일반적으로 수평, 세로 방향(도 2의 좌표축의 +/- y 방향)으로 루트(70)를 이등분한다. 그러나, 상기 인발 평면(72)이 루트를 통해 성형 용기(60)를 이등분한 것과 달리 루트(70)에 대해 다른 다양한 방향으로 연장될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 1 및 2가 일반적으로 유리 성형 장치 및 성형 용기의 하나의 실시예를 도시하고 있지만, 본 발명의 관점이 다양한 다른 성형 구조로 사용될 수 있다는 것을 또한 이해해야 한다.
도 1 및 2를 참고하면, 특정 실시예에서, 성형 용기(60)는 한 쌍의 아래쪽으로 경사진 성형 표면 부분(66a, 66b)과 교차하는 에지 디렉터(80a, 80b, edge director)를 포함할 수 있다. 상기 에지 디렉터는 성형 용기(60)의 루트(70)에 근접한 용융된 유리를 지향시킴으로써 원하는 유리 리본 폭과 에지 특성을 얻는 것을 돕는다. 추가 실시예에서, 에지 디렉터는 양쪽 아래쪽으로 경사진 성형 표면 부분(66a, 66b)과 교차할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로서, 특정 실시예에서, 에지 디렉터는 성형 웨지(623)의 대립하는 말단(64a, 64b)에 각각 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 것처럼, 에지 디렉터(80a, 80b)는 각각의 에지 디렉터(80a, 80b)가 아래쪽으로 경사진 성형 표면 부분(66a, 66b)의 양쪽과 교차하도록 구성되어 성형 웨지(62)의 대립하는 말단(64a, 64b) 각각에 배치될 수 있다. 또한 도시된 것처럼, 각각의 에지 디렉터(80a, 80b)는 실질적으로 서로 동일하다. 그러나, 대안 실시예에서, 에지 디렉터는 유리 성형 장치의 특정 특성에 따라 다른 구조 및/또는 형태를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 다양한 성형 웨지와 에지 디렉터 구조가 본 발명의 관점에 따라 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 관점은 미국 특허 번호 3,451,798, 3,537,834, 7,409,839, 2014년 5월 14일에 제출된 미국 특허 출원 번호 14/278,582 및/또는 2009년 2월 26일에 제출된 미국 가출원 번호 61/155,669에 개시되고, 그 각각이 본원에 참조로 포함되는 것과 같은, 성형 웨지 및 에지 디렉터 구조로 사용될 수 있다.
도 1을 또한 참고하면, 유리 성형 장치(10)는 성형 용기(60)의 루트(70)로부터 유리 리본을 인발하기 위한 적어도 하나의 에지 롤러 조립체(도시되지 않음)를 선택적으로 포함할 수 있다. 다양한 에지 롤러 조립체 구조가 본 발명의 관점에 따라 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 관점은 2014년 5월 15일에 제출된 미국 특허 출원 번호 14/278,582에 개시되고, 참조로 본원에 포함된 것과 같은 에지 롤러 조립체 구조로 사용될 수 있다.
하우징(14)은 성형 용기(60)를 둘러싼다. 하우징(14)은 강철로 형성될 수 있고 내화 재료를 함유하거나 및/또는 성형 용기(60), 및 성형 용기(6)에서 그리고 주변을 흐르는 용융된 유리를 주변 환경으로부터 열적으로 절연하는 절연 처리를 포함할 수 있다.
도 1-2를 참고하면, 작동 중, 배치 재료(16), 특히 성형 유리를 위한 배치 재료는 저장소(18)에서 용융 베셀(15)로 배치 전달 장치(20)를 통해 공급된다. 상기 배치 재료(16)는 용융 베셀(15)에서 용융된 유리로 용융된다. 용융된 유리는 용융 베셀(15)로부터 제1 연결 튜브(36)를 통해 청징 베셀(38)로 지나간다. 유리 결점을 야기할 수 있는 용존 가스는 청징 베셀(38)에서 용융된 유리로부터 제거된다. 이후 용융된 유리는 청징 베셀(38)로부터 제2 연결 튜브(40)를 통해 혼합 베셀(42)로 지나간다. 혼합 베셀(42)은 용융된 유리를 예컨대 교반을 통해 균질화하며, 균질화된 용융된 유리는 제3 연결 튜브(44)를 통해 전달 베셀(46)로 지나간다. 전달 베셀(46)은 균질화된 용융 유리를 하향관(48)을 통해 그리고 유입구(50)로 배출하며, 결과적으로 균질화된 용융 유리는 성형 배셀(60)의 트로프(61)로 지나간다.
용융된 유리(17)가 성형 웨지(62)의 위쪽으로 개방된 트로프(61)를 채우기 때문에, 이는 트로프를 넘치며 상기 경사진 성형 표면 부분(66a, 66b) 너머 흐르고 성형 웨지(62)의 루트(70)에서 다시 결합되어, 유리 리본(12)을 형성한다. 도 2에 도시된 것처럼, 유리 리본(12)은 루트(70)를 통해 연장되는 인발 평면(72)을 따라 하류 방향(68)으로 인발될 수 있다.
도 1-2에 도시된 유리 성형 장치에 대해, 유기 발광 다이오드(OLED)를 사용하는 고성능 디스플레이(HPD) 기술과 같은 개발 기술은 낮은 액체 점도를 가진 유리 구성요소와 같은 성형이 어려운 유리 구성요소로부터 이익을 얻는다는 것이 밝혀졌다. 이러한 유리 구성요소는 통상적으로 높은 성형 온도로 만들어져 성형 용기(60)에서 인발된 유리 리본의 실투와 같은 결함 형성을 막는다. 본원에 개시된 유리 성형 장치는 성형 용기(60)의 루트 근처에 위치한 가열 카트리지를 활용하여 용융 유리가 상대적으로 높은 성형 온도를 유지하게 하며, 이로써 시트-성형 공정에 도움을 주고 유리 리본의 결함 형성을 막는다.
특히 도 1-3을 참고하면, 성형 용기(60)의 루트(70)에서 인발된 유리 리본(12)의 용융된 유리의 상대적으로 높은 온도를 유지하기 위해, 유리 성형 장치(10)는 하우징(14) 및/또는 하우징 밀봉 플레이트(136, housing seal plate)(도 3 참고)에 형성된 일련의 포트(112)로 배치된 다수의 가열 카트리지(110,111)를 더 포함한다. 상기 하우징 밀봉 플레이트(136)는 하우징(14)(도 1-2 참고)의 일부를 형성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 일련의 포트(112)와 제2 일련의 포트(도시되지 않음)는 제1 다수의 가열 카트리지(110)와 제2 다수의 가열 카트리지(111)가 루트(70)의 양측에 위치되어 인발 평면(72)이 제1 다수의 가열 카트리지(110)와 제2 다수의 가열 카트리지(111) 사이에서 연장되도록 배치된다. 제1 다수의 가열 카트리지(110)와 제1 일련의 포트(112)는 더 자세하게 설명될 것이다. 그러나, 제1 다수의 가열 카트리지(110)와 제2 다수의 가열 카트리지(111)가 실질적으로 동일하거나 또는 서로 유사한 구조를 갖는다는 것을 이해해야 한다. 유사하게, 각각의 일련의 포트(112)는 실질적으로 동일하거나 또는 서로 유사한 구조를 가진다는 것을 이해해야 한다.
도 1-2에 도시된 것처럼, 제1 일련의 포트(112)는 성형 용기(60)의 폭(도 1 및 2에 도시된 좌표축의 +/- y 방향)을 가로질러 배열되어 제1 일련의 포트(112)는유리 리본(12)이 인발되는 인발 평면(72)의 폭(도 1 및 2에 도시된 좌표축의 +/- y 방향)에 가로 놓인다. 따라서, 제1 다수의 가열 카트리지(110)는, 포트를 따라 삽입될 때, 또한 성형 용기(60)의 폭을 가로질러 배열되며 유리 리본(12)의 인발 평면(72)의 폭을 가로질러 연장된다. 일부 실시예에서, 제1 일련의 포트(112)의 각각의 포트는 성형 용기의 폭을 가로질러 서로 측면으로 이격되어 있다. 특정 실시예에서, 제1 일련의 포트(112)의 각각의 포트는 동일한 간격으로 서로 측면으로 이격될 수 있다.
제1 다수의 가열 카트리지(110)는 루트(70)로 열을 지향시키도록 구성될 수 있으며, 이를 통해 루트(70)를 원하는 온도, 예컨대 용융된 유리의 실투 온도 이상으로 유지시키고, 결과적으로 유리의 결함 형성을 완화시킨다. 도 2 및 3에 도시된 것처럼, 제1 일련의 포트(112)는 제1 다수의 가열 카트리지(110)가 성형 용기(60)의 루트(70)로부터 - z 방향으로 인접하고 이격되게 배치되도록 하우징(14)에 위치될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 제1 다수의 가열 카트리지(110)는 - z 방향으로 루트(70)에서 이격되며, 각각의 가열 카트리지(110)의 일부가 루트(70)의 위에(좌표축의 + x 방향) 위치도고 일부는 루트(70)의 아래(좌표축의 - x 방향)에 위치되도록 또한 배치된다. 대안으로, 도 1에 도시된 실시예에서, 제1 일련의 포트(112)는제1 다수의 가열 카트리지(110)가 전체적으로 루트(70) 위에 위치되도록 하우징(14)에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서(도시되지 않음), 제1 일련의 포트(112)는 제1 다수의 가열 카트리지(110)가 루트(70) 아래에 배치되도록 하우징(14)에 위치될 수 있다.
도 1-3은 5개의 가열 카트리지(110a, 110b, 110c, 110d, 110e)를 포함하는 제1 다수의 가열 카트리지(110)를 도시한다. 따라서, 도 1-3은 하우징(14)에 형성된 5개의 포트(112a, 112b, 112c, 112d, 112e)를 포함한 제1 일련의 포트(112)에 배치된다. 그러나, 이는 예시적인 갯수이며 제1 다수의 가열 카트리지(110)의 가열 카트리지의 수 및 상응하는 제1 일련의 포트(112)의 포트의 수는 5개 이상 또는 이하일 수 있다. 마찬가지로, 가열 카트리지의 폭은 사용된 가열 카트리지의 수와 더불어 성형 용기의 폭에 따른다. 예를 들어, 도 1은 성형 용기의 전체 폭을 가로질러 5개의 가열 카트리지를 나타내지만, 도 23은 성형 용기의 전체 폭보다 작게 가로질러 5개의 가열 카트리지가 도시된다. 제1 다수의 가열 카트리지(110) 중 하나는 하기에서 더 자세히 설명될 것이다. 그러나, 제1 다수의 가열 카트리지(110)의 각각의 가열 카트리지(110a, 110b, 110c, 110d, 110e)와, 제2 다수의 가열 카트리지(111)의 각각의 가열 카트리지는 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구조임을 이해해야 한다.
다음으로 도 3-5를 참고하면, 실시예에서, 제1 다수의 가열 카트리지(110) 각각은 적어도 하나의 발열체(124)를 가진 열 지향 표면(122)을 가진 엔클로저(120, enclosure)를 포함하되, 상기 적어도 하나의 발열체(124)는 그 면에 또는 인접하여 배치된다. 상기 엔클로저(120)는 유리 성형 장치(10)와 관련된 상승된 온도 조건에서 사용되기에 적절한 다양한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 엔클로저(120), 및 가열 카트리지(110a)의 다른 부분은 고온 니켈-기반 합금, 강철(예, 스테인리스 강), 또는 다른 합금 또는 재료(또는 재료의 조합)와 같은 내화 재료로 형성되어, 유리 성형 장치(10)와 관련된 구조 및/또는 열 변수에 적합할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 상기 엔클로저(120)는 Haynes International, Inc.에서 생산된 Haynes® 214® 니켈-기반 합금과 같은, 니켈-기반 합금으로 만들어질 수 있다.
도 3-5는 엔클로저를 포함하는 가열 카트리지(110a)를 도시하고 있지만, 다른 실시예가 고려되고 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 별도의 엔클로저(120)를 포함하는 것보다, 열 지향 표면(122)이 금속/합금으로 형성된 별도의 엔클로저를 가진 것 대신 내화 재료의 블록(또는 블록들)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 실시예에서, 열 지향 표면은 ANH refractories에서 생산한 NA-33 내화 블록으로 형성된 본체에 부착된다.
하나의 실시예에서, 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)은 낮은 방사율을 가진 세라믹 내화 백커(backer) 재료로 형성된다. 적합한 세라믹 내화 재료는, 이해 한정하지 않지만, Zircar ceramics로부터 입수 가능한 SALI 보드를 포함한다. 유리 성형 장치(10)의 고온에 직접 노출되지 않은 가열 카트리지(110a)의 일부분은 저온 분야에 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 가열 카트리지(110a)가 엔클로저를 포함하는 경우, 엔클로저(120)의 후면(125)은 예를 들어, 420 스테인리스 강과 같은, 유리 성형 장치(10)와 연관된 구조 및/또는 열 변수에 맞게 선택된 스테인리스 강으로 만들어질 수 있다.
본원에 명시된 실시예에서, 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)은 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대해 각도 α로 배향된다. 본원에 기재된 실시예에서, 각도 α는 90도 보다 크다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 열 지향 표면(122)의 각도 α는 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대해 약 120도 내지 약 150도일 수 있다. 다른 실시예에서, 열 지향 표면(122)의 각도 α는 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대해 약 130도 내지 약 140도 일 수 있다. 특정 실시예에서, 열 지향 표면(122)의 각도 α는 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대해 약 135도일 수 있다.
일부 실시예에서, 열 지향 표면(122)의 아래쪽을 향한 방향은 유리 성형 장치(10)의 하우징(14)에서 가열 카트리지(110a)를 위치시키기 용이하게 하며 각각의 교체 가능한 가열 카트리지의 열 지향 표면(122)은 성형 용기(60)의 루트(70)를 향한다. 특히, 열 지향 표면(122)의 아래쪽을 향한 방향은 주변 환경으로 특히 가열 카트리지 위의 구역과 같은, 루트(70) 위의 구역으로 열의 손실을 최소화하면서 열 지향 표면(122)이 성형 용기(60)의 루트(70)를 향해 그리고 루트로 열을 방출하고 지향시키게 한다.
도 1-3을 다시 참고하면, 일부 실시예에서, 가열 카트리지(110a)는 유리 성형 장치(10)의 하우징(14)에 배치되므로 열 지향 표면의 상부 에지(123)와 각각의 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127)이 루트(70) 위에 배치된다. 이러한 위치 결정은 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)이 성형 용기(60)의 루트(70)를 향해 그리고 루트(70)로 열을 지향시키게 하며, 이를 통해 루트(70)의 구역에서 성형 용기(60) 위로 흐르는 용융된 유리의 온도와 함께 루트(70)의 온도를 증가시킨다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열 카트리지(110a)는 루트(70)로부터 전체적으로 상류에 배치될 수 있다. 대안 실시예에서, 도 3에 도시된 것처럼, 가열 카트리지(110a)는 루트(70)의 상류에 부분적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127)은 루트(70)로부터 상류에 배치될 수 있지만, 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)은 루트(70)로부터 하류에 배치된다. 루트(70)로부터 부분적으로 상류에 가열 카트리지(110a)를 배치하는 것은 가열 카트리지의 각진 열 지향 표면으로 인해 루트(70) 위의 비-목표 구역으로의 열 손실을 줄이면서 용융된 유리의 실투를 막도록 루트(70)로 충분한 열을 제공할 수 있다. 또한, 루트(70)로부터 부분적으로 상류에 가열 카트리지(110a)를 배치하는 것은 가열 카트리질, 특히 열 지향 표면(122)이 루트(70)에 더 가까이 배치되게 하므로, 더 많은 양의 열이 루트(70)로 입사되고 용융된 유리가 루트(70) 위로 흐르게 된다.
더욱 특히, 하우징(14) 내의 열 지향 표면(122)의 각도와 가열 카트리지(110a)의 배치는 열 지향 표면으로부터의 각 관계가 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127) 위에 위치한 물체보다 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127) 아래에 위치한 물체(예컨대, 성형 용기(60)의 루트(70))에 대해 더 크도록 이루어진다. 본원에 사용된, "각 관계"라는 용어는 특정 표면으로 입사되는 열 지향 표면(122)으로부터의 열 방사의 상대적 비율을 나타낸다. 예를 들어, 열 지향 표면(122)으로부터의 각 관계는 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127) 위에 위치한 물체보다 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127) 아래에 위치한 물체(성형 용기(60)의 루트(70)와 같은)에 대해 더 크기 때문에, 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127) 아래 위치한 물체는 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127) 위에 위치한 물체보다 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)으로부터 더 큰 양의 열유속을 수용할 것이다.
일부 다른 실시예에서(도시되지 않음), 가열 카트리지(110)는 루트(70)의 하류(즉, - x 방향)에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 가열 카트리지의 열 지향 표면은 각진 열 지향 표면을 따라 열이 증가하기 때문에 루트(70)를 향해 열을 지향시키도록 각질 수 있다.
본원에 기재된 실시예에서, 가열 카트리지(110a)는 루트(70)를 가열하기 위한 가열기로서 그리고 가열 카트리지(110a) 아래의 구역으로부터 가열 카트리지(110a) 위의 구역을 열적으로 격리하고 보호하기 위한 열 차폐로서 모두 기능할 수 있으며, 이를 통해 성형 용기(60)의 루트(70)의 위에 위치한 비-목표 구역으로의 루트(70) 위로 흐르는 용융된 유리와 루트(70)로부터의 열 손실을 막는다. 특히, 전술한 바와 같이, 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)은 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대해 90도보다 더 큰 각도 α로 배향된다. 이로써, 가열 카트리지(110a)의 상단 표면(127) 및 열 지향 표면(122)의 상부 에지(123)는 가열 카트리지(110a)의 하부 에지(129)와 바닥 표면(126) 위에 외팔보 형태가 된다. 열 지향 표면(122)의 이러한 배치는 본원에 기재된 것과 같이 가열 카트리지의 각 관계를 생성한다. 게다가, 열 지향 표면(122)의 외팔보 형태의 배열은 열 지향 표면(122)과 성형 용기(60) 사이의 갭(170)을 가로질러 열 지향 표면(122)을 연장시키며, 성형 용기(60)와 가열 카트리지 사이의 간격을 감소시키고 루트의 하류 구역으로부터 성형 용기(60)의 루트(70)의 상류에 위치한 유리 성형 장치(10)의 구역으로의 열 손실을 늦춘다. 이로써, 가열 카트리지(110a)는 또한 열 지향 표면(122) 아래의 구역으로부터 열 지향 표면(122) 위의 구역을 열적으로 보호한다.
도 4-5를 또한 참고하면, 열 지향 표면(122)에 또는 인접하여 배치된 발열체(124)는 저항 발열체이다. 특정 실시예에서, 저항 발열체의 재료는 몰리브덴 디실리사이드일 수 있다. 일부 실시예에서, 발열체(124)는 몰리브덴 디실리사이드로 형성된 와이어로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이에 한정하지 않지만, 하나의 실시예에서, 발열체(124)는 구불구불한 형태로 열 지향 표면(122)에 배치된 몰리브덴 디실리사이드 와이어로 구성될 수 있다. 예시와 제한 없는 방법을 통해, 몰리브덴 디실리사이드로 형성된 발열체(124)는 열 지향 표면(122)에 배치된 구불구불한 요소를 포함할 수 있다. 가열 카트리지(110a)를 통해 연장된 발열체(124)의 말단은 열 지향 표면(122)으로부터의 동력 손실을 최소화하도록 선택된 지름을 가질 수 있다.
본원에 기재된 것 같이 가열 카트리지를 형성하는 것이 가열 카트리지의 가열 효율을 크게 개선할 수 있다고 판단되었다. 이는 추가 내화 재료 절연체와 각진 열 지향 표면과 더불어 다른 재료에 비해 몰리브덴 디실리사이드 발열체의 증가된 동력-수송 능력에 기인할 수 있다. 또한, 본원에 기재된 가열 카트리지와 같은, 분할된 가열 카트리지의 조합과, 몰리브덴 디실리사이드 발열체는 루트(70)에서 다른 종래의 발열체 재료보다 높은 성형 온도가 허용된다는 것이 또한 발견되었다. 이는, 예를 들어, 결과적으로 용융된 유리의 실투를 막고 성형 용기(60)의 루트(70)에서 인발된 유리 리본의 결함을 완화하는 높은 성형 온도의 사용을 가능하게 한다. 부가적으로, 루트(70)에서 성형 온도가 동일하면, 몰리브덴 디실리사이드 발열체는 종래의 발열체 재료로 사용되는 것보다 더 낮은 동력 입력으로 이러한 성형 온도를 바람직하게 달성한다.
도 4a가 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)에 배치된 단일 발열체(124)를 도시하고 있지만, 다른 구성이 고려되고 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 발열체(124)는 둘 이상의 별도의 발열체를 포함하며, 각각이 개별적으로 동력을 받고 제어될 수 있는 분할된 발열체일 수 있다. 이는 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)이 독립적으로 제어될 수 있는 개별 가열 존을 형성할 수 있게 하며, 이를 통해 열 지향 표면(122)의 온도 프로파일의 더 정교한 제어를 제공할 수 있다.
도 4-5를 또한 참고하면, 열 지향 표면(122)의 표면 뒤에 위치된 것은 가열 카트리지(110a)의 밸런스로부터 열 지향 표면(122)을 절연하는 하나 이상의 내화 재료(128)의 블록이다. 이러한 내화 재료(128)의 블록은 도 4 및 5에 도시된 것과 같은 엔클로저(120) 내에 위치할 수 있으며, 또는 대안으로, 엔클로저 없이 열 지향 표면(122)에 직접 부착될 수 있다. 특정 실시예에서, 내화 재료(128)는 열 지향 표면(122)으로부터 열 전달을 최소화하도록 배향된다. 특히, 특정 실시예에서, 내화 재료(128)의 교차하는 수직 적층 및 수평 적층이 블록들 사이의 이음새(seam)에서 열을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다고 여겨지기 때문에, 내화 재료(128)는 교차하는 수직 적층과 수평 적층으로 배향된다. 특정 실시예에서, 내화 재료(128)는 열 지향 표면(122)의 각도와 거의 동일한 각도로 배향될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 열 지향 표면이 SALI 보드 등과 같은 내화 재료로 형성되는 것처럼, 열 지향 표면(122)의 내화 재료는 엔클로저로 연장될 수 있다. 본원에 기재된 실시예에서, 내화 재료(128)는 이에 한정하지 않지만, SALI 보드, 단열 벽돌(IFB), DuraBoard® 3000 및/또는 DuraBoard® 2600을 포함하는 상업적으로 이용 가능한 내화 재료일 수 있다. 특정 실시예에서, 내화 블록은 SALI 보드로 형성된 열 지향 표면(122)에 가장 가까운 제1 레이어와 IFB로 형성된 제1 레이어 뒤에 위치한 제2 레이어를 가질 수 있다.
다양한 부착 구조물은 루트(70)에 대해 가열 카트리지(110a)를 장착하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 가열 카트리지(110a)는 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(14) 및/또는 하우징 밀봉 플레이트(136)와 결합된 브라켓(114)에 장착될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 가열 카트리지(110a)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(14) 및/또는 하우징 밀봉 플레이트(136)에 부착된 T-벽 지지 브라켓(116)에 안착될 수 있다. 일부 실시예에서, 가열 카트리지 각각은 유리 성형 장치(10)의 하우징(14)의 포트에 제거 가능하게 장착된다. 각각의 개별 가열 카트리지는 독립적으로 제어되므로 다수의 가열 카트리지 사용시 하나는 성형 웨지의 루트를 가로질러 원하는 온도 분포에 도달할 수 있다. 더욱이, 각각의 가열 카트리지의 분리 특성은 고장난 발열체의 영향 및/또는 가열 카트리지의 교체를 최소화한다. 즉, 작동 중 단일 발열체 고장의 경우, 발열체의 고장은 전체 가열의 오직 일부의 손실만을 야기한다. 더욱이, 가열 카트리지가 개별적으로 제어되기 때문에, 인접한 가열 카트리지는 고장난 발열체에 의한 가열 손실을 상쇄하도록 개별적으로 조절될 수 있다. 또한, 가열 카트리지의 모듈식 특성은 독립적인 카트리지의 교체가 제공된 전체 가열의 오직 일부에만 영향을 주어, 생산 손실을 줄이는 것을 의미한다.
특정 실시예에서, 장치는 다수의 가열 카트리지(110, 111)와 관련된 가열을 제어하도록 구성된 제어기(180)를 더욱 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 제어기(180)는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 각각의 가열 카트리지에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 특정 실시예에서, 다수의 가열 카트리지(110, 111) 중 독립적인 하나의 제어는 분할될 수 있다. 본원에 사용된, "분할된"이라는 용어는 제작 중 유리 리본의 온도의 관리된 제어를 제공하기 위해 각각의 개별 가열 카트리지의 온도를 독립적으로 제어하고 조정하는 능력을 나타내는 것이다. 제어기는 지시를 판독하고 실행할 수 있는 프로세서 및 메모리 저장 컴퓨터를 포함할 수 있으며, 프로세서에 의해 실행될 때, 개별적으로 각각의 카트리지에 동력을 조절하여, 온도 피드백 또는 다른 처리 변수에 기초하여 각각의 가열 카트리지에 의해 제공된 열을 증가시키거나 감소시킨다. 따라서, 제어기(180)는 차등적으로 동력을 조절하는데 사용될 수 있으며, 이러한 동력은 루트(70)의 폭 및 유리 리본(12)의 인발 평면(72)의 폭에 가로 놓인 다수의 카트리지(110, 111)의 각각의 가열 카트리지에 제공되는 것이다.
특정 실시예에서, 제어기(180)는 유리 성형 장치로부터의 열적 피드백을 기초하여 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 각각의 가열 카트리지를 개별적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 제어기(180)는 도 1에 도시된 바와 같이, 열 센서(182)로부터의 열 피드백을 얻도록 구성된다. 열 센서에 의해 얻어진 피드백은 제어기(180)에 의해 사용되어 유리 리본 제조가 진행되면서 장치의 열적 특성의 관리된 제어를 제공하기 위해 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 각각의 가열 카트리지를 독립적으로 조정할 수 있다. 열적 특성은, 예를 들어, 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 각각의 가열 카트리지의 열 지향 표면(122)과 같은, 유리 성형 장치의 일부분과 관련된 온도 및/또는 열 손실; 에지 디렉터(80a, 80b)의 일부분과 관련된 온도 및/또는 열 손실; 성형 용기(60)의 말단의 일부분과 관련된 온도 및/또는 열 손실; 용융된 유리의 일부분과 관련된 온도 및/또는 열 손실; 및/또는 유리 성형 장치(10)의 다른 특성과 관련된 온도 및/또는 열 손실을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 열 센서(182)는 목표 수준 이상의 온도를 감지할 수 있으며 제어기(180)는 다수의 가열 카트리지(110, 111) 중 적어도 하나의 가열 카트리지에 동력을 줄여 목표 구역에 열이 덜 전달되게 하여, 목표 수준의 온도가 얻어질 때까지 온도를 줄이게 된다. 대안으로, 특정 실시예에서, 열 센서(182)는 목표 수준 이하의 온도를 감지할 수 있으며, 여기서 제어기(180)는 다수의 가열 카트리지(110, 111) 중 적어도 하나의 가열 카트리지에 동력을 증가시켜, 더 많은 열이 목표 구역으로 전달될 수 있으며, 이를 통해 목표 수준 온도가 얻어질 때까지 온도를 증가시키게 된다.
도 2를 다시 참조하면, 통상적으로, 유리 리본(12)의 인발 평면(72)의 두 외측 말단에서(성형 용기의 폭 방향, 즉, +/- y 방향)의 주변 환경으로의 열 손실이 인발 평면(72)의 중간에서의 주변 환경으로의 열 손실보다 더 크다. 이로써, 제어기(180)는 유리 리본(12)의 인발 평면(72)의 중간에 위치한 가열 카트리지로보다 인발 평면(72)의 에지 근처에 위치한(도 2에 도시된 좌표축의 +/- y 방향) 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 가열 카트리지로 더 많은 동력과 열을 제공하여, 인발 평면(72)의 에지에 근접한 유리의 더 두꺼운 두께에 대해 설명할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 구역의 열 손실 모두를 보상할 수 있다.
특정 실시예에서, 제어기는 유리 성형 장치(10)로부터의 열 피드백에 기초하여 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 각각의 가열 카트리지를 독립적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 제어기는 성형 용기(60)의 루트(70)에 근접하게 배치된 적어도 하나의 열 센서(도시되지 않음)로부터의 열 피드백을 얻도록 구성된다. 적어도 하나의 열 센서에 의해 얻어진 피드백은 제어기에 의해 사용되어 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 각각의 가열 카트리지를 독립적으로 조정하여, 유리 리본 제조가 진행되면서 장치의 열 특성의 관리된 제어를 제공할 수 있다. 열 특성은, 예를 들어, 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)과 같은, 유리 성형 장치(10)의 일부분과 관련된 온도 및/또는 열 손실; 루트(70)와 관련된 온도 및/또는 열 손실; 성형 용기(60)의 말단의 일부분과 관련된 온도 및/또는 열 손실; 용융된 유리의 일부분과 관련된 온도 및/또는 열 손실; 및/또는 유리 성형 장치(10)의 다른 특성과 관련된 온도 및/또는 열 손실을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 적어도 하나의 열 센서는 목표 수준 이상의 온도를 감지할 수 있으며 제어기는 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 가열 카트리지 중 적어도 하나에 동력을 독립적으로 감소시켜 목표 구역으로 열이 덜 전달되게 할 수 있으며, 이를 통해 목표 수준 온도가 얻어질 때까지 온도를 줄이게 된다. 대안으로, 특정 실시예에서, 적어도 하나의 열 센서는 목표 수준 이하의 온도를 감지할 수 있으며, 여기서 제어기는 다수의 가열 카트리지(110, 111)의 가열 카트리지 중 적어도 하나에 동력을 독립적으로 증가시켜 더 많은 열이 목표 구역으로 전달되게 할 수 있으며, 이를 통해 목표 수준 온도가 얻어질 때까지 온도를 증가시키게 된다.
도 1-3은 가열 카트리지(110a-110e)가 성형 웨지(62)의 루트(70)에 근접하여 배치된 유리 성형 장치(10)의 하나의 실시예를 개략적으로 도시하고 있지만, 다른 실시예가 고려되고 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예시를 이용하여, 도 4a-4b, 5, 7 및 8을 참고하면, 하나의 실시예에서, 다수의 가열 카트리지는 성형 용기(60)의 트로프(61)에 인접하게 배치될 수 있다. 특히, 성형 용기(60)는 하우징(도시되지 않음)에 배치되고 용융된 유리를 수용하기 위한 트로프(61)와 전술한 바와 같은, 루트(70)에서 모이는 한 쌍의 하향으로 경사진 성형 표면 부분(66a, 66b)을 포함할 수 있다. 다수의 가열 카트리지(110a-110e)는 전술한 것과 같이, 하우징에 형성된 포트에 제거 가능하게 배치될 수 있으며, 가열 카트리지 각각의 열 지향 표면(122)은 성형 용기(60)를 향하고 열 지향 표면(122)의 상부 에지(123)와 가열 카트리지의 상단 표면(127)은 성형 용기(60)의 트로프(61) 위에 배치되어 가열 카트리지의 열 지향 표면(122)으로부터의 열을 성형 용기(60)의 트로프(61)를 향해 지향시키며, 이를 통해 성형 용기(60)의 트로프(61)의 위어(63, weir)의 상단에서 유리를 가열하며 실투를 방지한다.
더욱 구체적으로, 이러한 실시예에서, 각각의 가열 카트리지는 도 4a-4b, 및 5에 대해 본원에 도시되고 기재된 것과 같이 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대한 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)의 각도 α는 또한 90도보다 크거나 같을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 열 지향 표면(122)의 각도 α는 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대해 약 120도 내지 약 150도일 수 있다. 다른 실시예에서, 열 지향 표면(122)의 각도 α는 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대해 약 130도 내지 약 140도일 수 있다. 구체적인 실시예에서, 열 지향 표면(122)의 각도 α는 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대해 약 135도이다.
일부 실시예에서, 가열 카트리지(110a-110e)는 성형 용기(60)에 관한 높이로 배치되므로 열 지향 표면의 하부 에지(129)와 가열 카트리지의 바닥 표면(126)은 위어(63)의 상단의 아래에 배치된다. 이러한 실시예에서, 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대한 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)의 각도 α는 가열 카트리지로부터의 열이 성형 용기(60)의 트로프(61)를 향해 지향되도록 90도보다 크거나 같을 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 가열 카트리지(110a-110e)는 성형 용기(60)에 관한 높이로 배치되므로 열 지향 표면의 하부 에지(129)와 가열 카트리지의 바닥 표면(126)은 트로프(61) 위에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 가열 카트리지(110a)의 바닥 표면(126)에 대한 가열 카트리지(110a)의 열 지향 표면(122)의 각도 α는 가열 카트리지로부터의 열이 아래쪽으로, 성형 용기(60)의 트로프(61)를 향해 지향되도록 90도보다 클 수 있다.
실시예에서, 가열 카트리지(110a-110e)는 도 7에 도시된 바와 같이 성형 용기(60)의 폭을 가로질러 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 가열 카트리지(110a-110e)의 각각의 가열 카트리지는 +/- X-방향으로 실질적으로 동일한 높이로 배치된다. 그러나, 일부 실시예에서, 다수의 가열 카트리지(110a-110e)는 도 9에 도시된 바와 같이, 계단-배열로 배치될 수 있다. 가열 카트리지의 이러한 배열은 트로프(61)의 위어(63) 또는 측벽이 도 9에 도시된 바와 같은 각이 있는 배열을 가진 경우 사용될 수 있다.
다수의 가열 카트리지(110a-110e)가 성형 용기(60)의 트로프(61) 근처에 배치된 실시예에서, 다수의 가열 카트리지(110a-110e)는 성형 용기(60)를 둘러싸는 하우징의 포트에 배치되고 도 2 및 3에 대해 전술한 바와 같이 하우징에 부착될 수 있다. 게다가, 다수의 가열 카트리지(110a-110e)는 도 2 및 3에 대해 전술한 바와 같이 작동되고 제어되어 성형 용기(60)의 트로프(61) 근처의 용융된 유리의 온도를 조절함으로써 성형 본체(61) 위로 흐르는 것을 막고 트로프(61)의 용융된 유리의 실투를 막을 수 있다.
예시
본원에 기재된 실시예는 하기의 예시에 의해 더 명확해질 것이다.
예시 1
도 6은 본원에 개시된 몰리브덴 디실리사이드 발열체를 포함하는 가열 카트리지로 개별 동력 변화에 대응하는 루트 온도의 수학적 모델을 그래프로 도시한다. 상기 모델은 5개의 교체 가능한 가열 카트리지(SL1, SL2, SL3, SL4, SL5)에 기초하며, 이들 각각은 가열 카트리지의 바닥 표면(126)에 대해 약 135도의 각도 α로 배향된 열 지향 표면(122)을 갖는다. 상기 가열 카트리지는 루트(70)로 열을 효과적으로 향하게 하기 위해 루트(70)로부터 전체적으로 상류에 배치된 것으로 모델링되었다. 가열 카트리지는 성형 용기의 폭을 가로질러 가로 놓이도록 구성된다. 상기 모델에서의 각각의 가열 카트리지는 몰리브덴 디실리사이드 요소로 제공된 1000 W의 동력 증가에 의해 한번에 하나씩 조절되었다. 상기 모델에서의 1000 W의 증가된 동력 변화의 온도 반응은 성형 용기의 유입구 댐(즉, 도 1에 도시된 성형 용기(60)의 말단(64a)에 인접한)으로부터 인치 단위로 측정되었다.
도 6의 데이터는 각각의 가열 카트리지의 개별 동력 조절이 루트의 폭을 가로지른 국한된 구역의 온도의 관리된 제어를 제공할 수 있다는 것을 나타낸다. 가열 카트리지에 대한 증가된 동력 변화로 인한 루트의 온도 반응은 조절된 가열 카트리지에 가장 가까운 루트의 국한된 구역에서 가장 높다. 조절된 가열 카트리지로부터의 거리가 증가할수록, 루트의 온도 반응은 도 6에 도시된 바와 같이 감소한다. 예를 들어, 유입구 댐에 가장 가까운 가열 카트리지로 인한 유입구 댐에서의 온도 반응(도 6에서 곡선 SL1으로 도시된)은 유입구 댐에 가장 가깝고 유입구 댐으로부터의 거리가 증가함에 따라 저하된다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 루트에서의 온도 변화는 루트의 폭을 가로질러 이격된 다중 가열 카트리지의 사용을 통해 완화될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 카트리지의 효과적인 가열 구역이 서로 중첩되도록 가열 카트리지가 이격될 수 있으며, 이를 통해 루트의 폭을 가로지르는 "저온 지점(cool spots)"을 완화시킨다. 즉, 도 6에서, x-방향으로 도시된 유입구 댐으로부터의 거리를 통해 나타낸 것처럼, 온도 반응 곡선 SL1-SL5는 루트의 폭 방향에서 중첩된다. 이는 성형 용기의 루트의 구역을 가로질러 일어나는 임의의 두께 영향 또는 온도 편차가 상기 구역에 상응하게 위치한 가열 카트리지에 대해 동력을 독립적으로 조절/제어함으로써 쉽게 정정될 수 있다는 것을 입증한다. 따라서, 상기 데이터는 본원에 개시된 바와 같은 다수의 분할되고 교체 가능한 가열 카트리지가 루트를 가로질러 인발된 유리의 임의의 실투를 효과적으로 감소시키도록 쉽게 조절될 수 있음을 나타낸다.
청구된 주제의 취지 및 범주를 벗어나지 않는 한 본원게 기재된 실시예에 대한 다양한 변형과 수정이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서는 첨부된 청구 범위와 그 등가물 내에서의 이러한 변형과 수정이 제공된 본원에 개시된 다양한 실시예의 변형과 수정을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 루트에서 모이는 한 쌍의 하향으로 경사진 성형 표면 부분을 포함하는 성형 웨지;
    상기 성형 웨지를 둘러싸는 하우징; 및
    가열 카트리지;를 포함하며,
    상기 가열 카트리지는 상기 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 90° 이상의 내각 각도로 배향되어 아래쪽을 향하는 열 지향 표면을 포함하고, 상기 열 지향 표면은 상기 열 지향 표면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 발열체를 포함하며, 상기 가열 카트리지는 상기 열 지향 표면이 상기 성형 웨지를 향하도록 배치되고, 상기 열 지향 표면의 상부 에지와 상기 가열 카트리지의 상단 표면이 상기 루트 위에 배치되어 상기 가열 카트리지의 열 지향 표면으로부터 열을 상기 성형 웨지의 루트를 향해 지향시키는, 유리 리본을 성형하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 지향 표면의 내각 각도는 상기 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 120° 내지 150°인, 유리 리본을 성형하는 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 지향 표면의 내각 각도는 상기 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 130° 내지 140°인, 유리 리본을 성형하는 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 가열 카트리지를 더욱 포함하며, 여기서 상기 다수의 가열 카트리지는 상기 성형 웨지의 폭을 가로질러 배열되는, 유리 리본을 성형하는 장치.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 지향 표면의 하부 에지와 가열 카트리지의 바닥 표면은 상기 루트 아래에 배치되는, 유리 리본을 성형하는 장치.
  6. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 카트리지의 상기 열 지향 표면으로부터 상기 가열 카트리지의 상기 상단 표면 아래의 구역까지의 열 방사의 상대적 비율은 상기 가열 카트리지의 상기 열 지향 표면으로부터 상기 가열 카트리지의 상기 상단 표면 위의 구역까지의 열 방사의 상대적 비율보다 크며,
    상기 열 지향 표면의 상부 에지와 상기 가열 카트리지의 상기 상단 표면은 상기 열 지향 표면 아래의 구역으로부터 상기 열 지향 표면 위의 구역까지 열 손실을 늦추는, 유리 리본을 성형하는 장치.
  7. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발열체는 몰리브덴 디실리사이드(molybdenum disilicide)를 포함하는, 유리 리본을 성형하는 장치.
  8. 유리 리본을 성형하는 장치에 사용되기 위한 가열 카트리지로서,
    상기 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 90° 이상의 내각 각도로 배향되어 아래쪽을 향하는 열 지향 표면, 여기서 상기 열 지향 표면은 그 면에 인접하게 배치된 적어도 하나의 발열체를 포함함; 및
    상기 열 지향 표면 뒤에 배치된 내화 재료, 여기서
    상기 열 지향 표면으로부터 상기 가열 카트리지의 상단 표면 아래의 구역까지의 열 방사의 상대적 비율은 상기 가열 카트리지의 상기 열 지향 표면으로부터 상기 가열 카트리지의 상기 상단 표면 위의 구역까지의 열 방사의 상대적 비율보다 크며, 상기 열 지향 표면의 상부 에지와 상기 가열 카트리지의 상기 상단 표면은 상기 열 지향 표면 아래의 구역으로부터 상기 열 지향 표면 위의 구역까지 열 손실을 늦춤;를 포함하는, 가열 카트리지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 열 지향 표면의 내각 각도는 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 120° 내지 150°인, 가열 카트리지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 열 지향 표면의 내각 각도는 가열 카트리지의 바닥 표면에 대해 130° 내지 140°인, 가열 카트리지.
  11. 청구항 8 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발열체는 몰리브덴 디실리사이드를 포함하는, 가열 카트리지.
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