KR20090048616A - 초음파 조사에 의해 유리 용융물을 특징화하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

초음파 조사에 의해 유리 용융물을 특징화하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융된 유리를 특징으로 하는 시스템에 관한 것으로, 상기 도파관(20a)은 다량의 용융된 유리를 함유하는 도관(10)의 외표면(34)에 음향적으로 커플링된다. 음파는 제 1 도파관(20a)을 통해 제 1 변환기(24a)에 의해 용융된 유리로 분리되며, 여기서 상기 음파의 일부는 상기 용융된 유리내에 반사되며, 제 2 도파관(20b)를 통해 수용되고, 최종 신호는 제 2 변환기(24b)에 의해 생성되며, 용융된 유리를 특징화하기 위해 분석되었다.
Figure P1020097004517
음파, 도파관, 변환기, 유리 용융물, 유리 제조 시스템

Description

초음파 조사에 의해 유리 용융물을 특징화하기 위한 방법 및 장치{Method and Apparatus for Characterizing a Glass Melt by Ultrasonic Illumination}
본 발명은 유체를 특징화하는 것과 관련된 것으로, 더 상세하게는, 초음파로 유리 용융물을 조사함(illumination)으로써, 유리 용융물을 특징화(characterizing)하는 것과 관련된 것이다.
고품질 유리는 유리 용융물의 조절된 냉각에 의해 만들어진다. 그러나, 유리 용융물은 고체 및 기체 함유물과 같은 이질물을 포함할 수 있으며, 적은 부피의 일탈 밀도 및 화학 조성물은 흔히 코드라고 불린다. 특히, 코드의 형성은 다른 굴절률(refractive indices)을 가진 국부 영역을 갖도록 한다. 다른 굴절률의 국부 영역으로 인해 최종 유리가 수많은 정밀한 용도에 적합하지 않게 된다.
일반적으로, 유리 용융물의 특성은 프로세싱의 다양한 단계 동안 상기 유리를 샘플링하거나, 열전지(thermocouples)와 같은 라인내 센서를 설치함으로써, 결정된다. 산업상 유리 제조 공정인 고온에서, 용융된 유리는 도관(conduit)의 전체 외주(outer perimeter)에 대해 절연된 폐쇄된 도관(conduit)내에 포함되고 및/또는 통과하여 흐르기 때문에 샘플링이 거의 불가능하다.
한편, 라인내 센서는 유리의 프로세싱에 이용되는 고온에서 지속된 작용을 거의 할 수 없다. 열전지(thermocouples)는 일부 공정의 유리 용융물 내에서 온도를 측정하는데 사용되는 반면, 열전지의 이용은 열전지가 용인될 수 없는 속도로 악화되기 때문에 바람직하지 않다. 더욱이, 유리 용융물 내에 센서의 삽입은 센서를 막히게 하거나, 흐름의 방해를 만들거나, 상기 시스템에 허용될 수 없는 열 손실을 만듦으로써, 제품의 질을 떨어뜨릴 수 있다.
본 발명은 유리 용융물을 비침습성으로 특징화하며, 여기서, 유리 용융물 프로세싱 파라미터에 수정 과정 또는 변형이 명목상의 특성을 갖는 최종 유리를 생산하기 위해, 감지된 특성에 대해 적용될 수 있다. 즉, 본 발명은 유리 용융물 특성에 대한 지식을 증가시키며, 이러한 지식은 프로세싱 파라미터가 그에 따라 적용되도록 함으로써, 최종 제품의 품질을 강화시킨다.
보다 상세하게는, 상기 시스템은 음파를 도관(vessel)의 외표면을 통해 유리 용융물로 커플링시킴으로써, 유리 용융물을 특징화하는 방법을 제공할 수 있다.
다른 구성에서, 유리 용융물을 특징화하기 위한 시스템은 유리 용융물을 포함하는 도관(vessel)을 포함한다.
전술한 일반적인 설명과 후술하는 상세한 설명은 단지 본 발명이 예시이며, 청구한 바에 따라 본 발명의 본질과 특성을 이해하기 위한 전반적인 관점이나 구조를 제공하고자 하는 것이다.
첨부하는 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되며, 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성한다. 상기 도면은 이해하는데 반드시 필요한 것은 아니며, 다양한 요소의 크기는 명확성을 위해 부정확할 수 있다. 상기 도면은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 나타내며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원칙과 작용을 설명하는데 도움이 된다.
소리는 액체나 공기와 같은 매질을 통해 이동하거나 전파되는 진동이다. 이 진동의 근원은 매질의 반복적인 동요이다. 예를 들어, 벨을 치면 진동한다. 이 벨의 측면은 그를 둘러싼 공기에 대해 먼저, 측면이 외부를 향해 이동하면서 공기중에 높은 압력을 만들어내며, 그 후 상기 측면이 내부로 이동하면서 낮은 압력을 만들어내면서 이동한다. 고압 및 저압 영역은 각각 압축(compression) 및 희박화(rarefaction) 영역으로 알려져 있으며, 공기의 인접한 분자들에 영향을 미침으로써 파동처럼 매질을 통해 전파된다: 공기 내의 분자는 고압 및 저압의 교차에 대해 앞뒤로 움직이며, 교대로 인접한 분자에 작용하며, 이는 이후 계속하여 그 인접한 분자에 작용한다. 따라서 고압 및 저압 영역은 제한된 속도와 파장을 갖는 파동처럼 매질을 통과하여 전파된다.
본 발명에 따라, 기본적인 펄스 에코(pulse-echo) 기술을 채택하는 유리 용융물의 특징화 방법을 개시한다: 전기적인 펄스는 고주파 펄스 생성기(high frequency pulse generator)에서 만들어져서 알맞은 변환기에 의해 음향(소리) 파장으로 변환되며, 예를 들어, 1차 도파관에 의해 압전 변환기(piezoelectric transducer)가 유리 용융물과 음향적으로 커플링되었다. 초음파는 도파관을 통해 전파되며, 상기 용융된 것을 포함하는 도관(vessel)을 통해 용융된 유리로 전송된다. 상기 용융물에서 음파는 상쇄되고, 만일 있더라도, 이질물에 의해 분산되어, 경계로부터 반사된다. 반사된 파장은 2차 도파관을 통해 용융된 유리와 음향적으로 커플링된 2차 변환기에 의해 탐지될 수 있으며, 상기 음파(acoustic wave)는 전자신호로 다시 전환될 수 있다. 상기 신호는 확장되어 적절한 데이터 획득 시스템에 의해 가공될 수 있다. 예를 들어, 상기 신호는 가령, 음파의 전달 시간(transit time), 진폭 및 주파수와 같은 파라미터를 측정할 수 있는 컴퓨터에 의해 가공될 수 있다. 이러한 파라미터들은 유리 용융물 매질의 물리적 기하학적 특성에 관한 정보, 가령, 초음파 상쇄, 이질물(버블)의 존재, 용융의 흐름, 용융물의 온도 등을 전달한다.
용어 "유리"는 랜덤하게 액상의(비결정) 분자 구조를 포함한다. 유리의 제조 공정은 원료 물질이 상대적으로 낮은 점도의 용융물을 만들기에 충분한 온도로 가열되는 것을 필요로한다. 이는 냉각시 결정화되지 않고 단단해 진다. 유리 용융물은 소다 석회 유리, 납 유리, 보로실리케이트 유리, 알루미노실리케이트 유리, 96% 실리카 유리, 융합된 실리카 유리 및 알루미노-보로실리케이트 유리을 포함하는 다양한 조성물 중 하나일 수 있다. 용어 "유리 용융물(glass melt)" 또는 "용융된 유리(molten glass)"는 각각의 연화점(softening point) 이상의 다양한 유리 조성물 중 하나를 포함한다. 일반적으로, 유리 용융물은 1200℃~1700℃ 내이다. 용어 "음파(acoustic wave)"는 매질을 통해 전송되는 기계적 진동을 의미한다. 일 구체예에서, 음파는 초음파 범위내 즉, 대략 100 kHz 내지 300 kHz 이다.
본 발명의 일 구체예에 따라, 유리 용융물을 특징화하기 위한 실시예의 장치(8)를 도 1에 도시하였으며, 도관(vessel,10), 한 쌍의 음향 도파관 조립체(12, 14) 및 제어기(16)를 포함한다. 도관(10)은 열적으로 절연된 내화성 덮개(18)에 의해 둘러싸여 있다.
도관(10)은 다량의 유리 용융물을 포함하는 다양한 구성 중 하나일 수 있다. 도관(10)은 열린 또는 폐쇄된 뚜껑을 가지며, 다량의 유리 융융물을 갖는 자급식(self-contained)일 수 있다. 일 구성에서 도관(10)은 유로(flow path)의 단면적의 주어진 퍼센트내에서의 감지를 허용하는 도파관 조립체(12, 14)와 결합되어 선택된 유로를 의미한다. 따라서, 도관(10)은 업스트림 위치로부터의 유리 용융물의 흐름을 유지하거나 수용할 수 있으며, 유리 용융물이 다운스트림 위치로 흐르도록 할 수 있다. 도관(10)은 가령 유리 용융물이 흐르는 튜브일 수 있으며, 도 1은 상기 튜브의 단면도를 나타낸다.
도관(10)은 유리 용융물의 의도한 작용 온도, 일반적으로 약 800℃ 내지 약 1700℃ 범위내를 견딜 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 상기 도관은 바람직하게는 백금, 로듐, 이리듐, 루테늄, 팔라듐, 오스뮴 또는 이들의 합금을 포함한 백금 그룹의 금속으로부터 선택된 금속을 포함한다. 그러나, 다른 고온 물질도 사용될 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴이 그 자체로 또는 다른 물질과 조합하여 효과적인 도관 물질로서 기능할 수 있다.
도파관 조립체(12,14)는 음향적으로 도관(10)과 커플링되며 1차 도파관 조립체(12)로부터 도관 벽의 일부를 통과하여 유리 용융물(15)로 연장되는 음향 경로 및 상기 용융물로부터 도관의 벽의 반대쪽을 통해 나머지 도파관 조립체(14)로 연장되는 음향 경로이다.
도 1은 동일직선상에 직경방향으로 도관에 걸쳐 반대방향에 위치함으로써 도파관과 조립체들 사이에 곧은 음향 경로를 제공하는 한 쌍의 음향적으로 커플링된 도파관 조립체(12,14)를 개시한다. 이러한 배열은 음향 경로를 가로지르는 직경이 수 밀리미터인 큰 유리 버블과 같은 음향 파장에 비해 상당한 치수를 갖는 이질물을 탐지하는데 특히 적합하다. 그러한 통로는 수신 변환기에 의해 탐지되는 초음파 신호의 진폭 감소를 야기할 수 있다. 서브-밀리미터 규모의 작은 버블과 같은 작은 이질물의 탐지에 적합한 대체되는 배열에서, 도파관은 V자 모양으로 배열될 수 있다.
다른 구성에서, 복수의 도파관 조합 쌍(12,14)이 상기 도관에 음향적으로 커플링될 수 있다. 도파관 쌍은 바람직하게는 동일선상이고 상기 도관에 대해 직경방향으로 반대로 위치하나 필요시 응용분야에 따라 복수의 V자형 방향일 수 있다.
도파관 조립체(12,14)가 본질적으로 동일하기 때문에, 다음의 기술은 도파관 조립체(12)에 관한 것으로서, 다르게 기술되지 않는 한, 개별 구성요소의 기술이 도파관 조립체(14)에 대해서도 적용된다. 도파관 조립체(12 및14)의 구성요소는 도면에서 각 구성요소 끝에 각각 접미사 "a", "b"로 차별화된다. 도파관 조립체(12)는 코어 로드(21a) 및 클래딩 튜브(22a) 및 변환기(24a)를 포함하는 도파관(20a)을 포함하며, 도파관(20a)의 일 단부는 변환기와 음향적으로 커플링되고, 도파관(20a)의 다른 단부는 도관(10)에 음향적으로 커플링된다. 바람직하게는, 도파관(20a)은 음향적으로 커플링될 뿐만 아니라 도관(10)에 물리적으로 커플링되거나 첨부된다. 일부 구체예에서, 도파관(20a)은 또한 변환기(24a)에 물리적으로 커플링된다. 도파관(20a)을 물리적으로 커플링하는 방법은 납땜/용접, 나사피팅 또는 실제 적용가능한 다른 방법을 포함할 수 있다.
변환기(24a)는 유리 용융물 및 내화성 도관과 결합된 승온된 온도에서 확실히 기능할 수 없기 때문에, 도파관(20a)으로부터 변환기 사이를 띄어두기 위해 변환기(24a)와 내화성 도관(10)사이에 음향적으로 커플링된다. 이러한 간격은 도파관(20a)의 길이를 따라 온도 구배를 생성하며, 이는 변환기가 상기 내화성 도관 및 유리 용융물보다 낮은 온도에서 작동할 수 있도록 한다.
변환기(24a)는 초음파 신호를 생성하는데 적합한 변환기이다. 예를 들어, 변환기(24a)는 Langevin형 또는 Tonpilz형 변환기이다. 변환기(24a)는 신호 생성기(23)에 의해 발생하고 증폭기(25)에 의해 증폭된 전기적 신호를 음향 신호 또는 파장으로 변환한다. 신호 생성기(23) 및 증폭기(25)는 통상적인 방법으로 콘트롤 라인(29,31)을 통해 변환기(24a)와 작동가능하게 커플링될 수 있다. 제어기(16)는 제어 라인(27)을 통해 신호 생성기(23)로 작동가능하게 커플링된다. 제어기(16)는 예를 들어, 전용 프로세서 또는 컴퓨터일 수 있다.
음향 신호 또는 파장을 유리 용융물로 이송하기 위해 변환기(24a)를 도파관(20a)과 음향적으로 커플링시키는 것은 변환기(24a)에 대해 도파관(20a)을 바이어싱(biasing)하는 것을 포함할 수 있다. 바이어싱(biasing)은 도파관(또는 변환기) 또는 스프링과 같은 분리된 바이어싱 부재의 로딩을 동반할 수 있다. 그러나, 납땜/용접 또는 나사피팅과 같은 보다 견고한 커플링이 변환기로부터 도파관으로의 신호 전송을 강화할 수 있다.
도파관(20a)은 초음파 신호를 전송할 수 있는 긴 부재이다. 도파관(20a)이 계단모양 또는 점점 가늘어지는 뿔모양 또는 접힌 구조와 같은 다양한 구조 중 하나 일 수 있음에도 불구하고, 긴 부재(elongate member)가 적정한 도파관으로서 수행하는 것으로 밝혀졌다. 도파관(20a)이 일 단부에서 도관(10)과 커플링될 것이므로, 도파관(20a)은 도관에서 경험하는 고온을 저항할 수 있어야 하는 동시에, 효과적인 도파관으로서의 기능을 수행해야 한다. 따라서, 도파관(20a)은 바람직하게는 백금 또는 백금 로듐 합금과 같은 백금 합금 등의 내화성 금속 코어 로드 (21a)로 구성된다. 일 구성에서, 코어 로드(20a)의 외경은 약 3mm이다. 도파관(20a)은 바람직하게는 또한 클래딩 튜브(22a)를 포함한다. 클래딩 튜브(22a)는 바람직하게는 뮬라이트(3Al2O32SiO2)와 같은 세라믹 물질로서, 상기 코어 로드보다 음파에 대해 더 높은 속도 경로를 제공한다. 클래딩 튜브(22a)는 바람직하게는 코어 로드(20a)의 실질적으로 전체 길이를 따라 연장된다. 코어 로드(21a)의 외경은 클래딩 듀브(22a)의 내경 내에서 편안하게 맞도록 선택되어야 한다. 선택된 구성에서, 상기 코어 로드와 클래딩 사이의 적절한 음향 커플링을 보장하기 위해, 음향 커플링 시약이 코어 로드(21a) 및 클래딩 튜브(22a)사이에 위치될 수 있다. 택일적으로, 도파관 클래딩(22a)이 코어 로드(21a) 주위에 형성될 수 있다.
변환기(24a)에 적절한 작용 온도를 유지하기 위해, 클래딩 튜브(22a)가 변환기(24a)에 인접한 일 단부에서 코어 로드(21a)의 대략 8-10mm 길이가 노출되도록 짧아질 수 있다. 변환기 및 도파관의 경계면에서 대략 50℃ 이하로 유지되도록 하기위해 냉각 공기흐름이 통로(30a)를 통해 코어 로드(21a)의 노출된 부분에 걸쳐 통과될 수 있다.
도 1을 참조하면, 외부 튜브(32a)가 각 도파관에 대해 중심에 위치할 수 있다. 고리가 도파관(20a)과 외부 튜브(32a) 사이에 형성되도록 도파관(20a)으로부터 떨어져 있어야 한다. 상기 고리는 가령 공기를 포함할 수 있다.
외부 튜브(32a)의 일 단부는 도관(10)의 외표면(34)에 결합된다. 외부 튜브(32a)의 도관 벽과의 결합은 음향 에너지(즉, 음파)를 방사하고 수용하기 위해 도관 벽에서 영역의 한정을 강화시킨다. 도관(10)은 일반적으로 내화성 절연물질(18)로 둘러싸여 있기 때문에, 외부 튜브(32)는 상기 도파관과 도관 사이의 접촉점의 근처로부터 절연물질을 격리시키는 기능을 한다. 외부 튜브(32a)는 예를 들어, Al2O3와 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 외부 튜브(32a)를 도관(10)에 결합 또는 물리적으로 커플링시키는 것은 가령, 내화성 접착제를 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 도파관(20a)은 도 2에 도시된 바와 같이, 리셉터클(35)과 같은 1차 납땜/용접 또는 나사피팅에 의해 도관(10)에 커플링될 수 있다. 상보적인 나사는 도파관(20)의 단부(가령, 코어 로드(21) 단부에)에 형성되고 상기 도파관은 도파관을 리셉터클로 스레딩함(threading)으로써 상기 도관과 커플링되었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 리셉터클(35)은 내부 스레딩과 칼라(collar)의 형태인 반면, 도파관(20a)은 리셉터클(35)과 결과적으로 도관(10)에 커플링시키기 위해 그 단부 끝에 외부 나사를 포함한다. 바람직하게는, 리셉터클(35)은 백금 또는 백금-합금을 포함한다. 택일적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 도파관(20a)과 도관(10)사이의 커플링은 나사 스터브(40)를 도관(10)에 붙이고(가령, 납땜이나 용접에 의해), 상보적으로 도파관(20a)(즉 코어 로드 (21a))에 끼워진 리세스(recess)를 형성함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 도파관(20a)은 스터브(40)로 끼워짐으로써, 스터브(40)를 통해 도파관(20a)과 도관(10)이 커플링될 수 있다. 유사한 접근방법으로, 코어 로드(21a)가 도관(10)에 직접 납땜/용접될 수 있다.
도파관(20a)을 피팅(35)이나 스터브(40)에 커플링시키는 경우에 물리적으로 커플링 수단들 간에 우수한 평면 접촉을 보장하는 것이 매우 유용한 것으로 밝혀졌다. 즉, 코어 로드(21a)의 단부면은 바람직하게는 상기 도파관의 세로 축을 횡단하여야 하며, 그 나사가 아닌 상기 로드 단부와 피팅 사이의 계면 접촉면(36)이 실질적인 음향 커플링에 의존하도록 피팅(35)에서 내부 나사 내경의 기부와 완벽히 접촉하도록 하여야 한다. 이러한 원리는 또한 코어 로드(21a)와 사용된다면 스터브(40) 사이의 계면 접촉면(38)에도 적용된다.
작동시, 음향 신호(음파)는 변환기(24a)에 의해 생성되며, 도파관(20a)에 음향적으로 커플링된다. 상기 음향 신호는 도파관(20a)을 통해 도관(10)으로 전달되며, 그에 따라 도관에 의해 유리 용융물(15)로 도입된다. 상기 전달되는 음파는 용융된 유리에서 이질물에 의해 반사된다. 상기 반사된 음파는 도관벽을 통해 전달되며, 코어 로드(21a)와 클래딩(21b)을 포함하는 2차 도파관 조립체(14)에 의해 수용된다. 상기 음향 신호는 도파관(20b)을 통해 수용 변환기(24b)로 이동하며 여기서, 대응 전기 신호는 변환기에 의해 생성되며, 라인(40)을 통해 제어기(16)에 도달하기 전에 라인(37)을 통해 예비증폭기(33)로, 라인(39)을 통해 증폭기(26)로 이동된다. 상기 전기 신호는 그 후 샘플링되고 기록된다. 또한 디지탈 오실로스코프(digital oscilloscope)가 수용된 신호를 디지털화하는데 사용되며, 여기서 각각의 디지털화된 샘플은 "레코드(record)"를 포함한다.
작은 버블, 코딩(cording) 또는 다른 중요한 결함의 존재를 탐지하기 위해 변환기(24)에 의해 생성된 음파의 주파수가 선택된다. 그러나, 신호 주파수는 음향 경로에 다른 손실이 허용될 수 있도록 충분히 낮아야한다. 바람직하게는, 상기 음파의 주파수는 약 100 kHz 내지 300 kHz 이다.
유리 용융물에서 음파의 측정 이동 시간은 유리 용융물의 온도에 대응한다. 특정 온도 범위 내에서 이동 시간과 온도간의 관계는 실질적으로 비례하는 것으로 측정되었다. 따라서, 도파관 조립체간의 음향 펄스의 이동 시간이 측정될 수 있으며, 상기 용융물의 온도를 계산하는데 사용될 수 있다. 즉, 온도 범위에 대한 이동시간이 측정될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 도관의 전송부와 도관의 수용부사이의 유리 용융물을 통한 경로가 단지 55mm인 실험적 배열에 대한 온도와 세로축의 이동시간 간의 관계를 나타낸다. 도면은 약 1400℃ ~ 1550℃에서 온도와 시간간에 실질적으로 선형인 관계를 나타낸다. 약 1550℃ ~ 1575℃ 사이의 그래프의 방향의 변화는 이러한 고온에서 백금의 연화 때문으로 생각된다. 대체물질과 같은 이러한 이슈를 다룸으로써, 온도 범위가 약 1600℃까지 연장될 수 있으며, 더 긴 경로로, 2도 내의 정확도를 이루는 것이 가능하다.
버블의 존재를 탐지하기 위해, 수신 신호의 펄스 시간 및 등급(전압)의 함수로서 전달 또는 이동 시간에 대해 디지털화된 데이터가 저장 장치 또는 오실로스코프에서의 실제 시간으로부터 조사되었다.
따라서, 유리 용융물에서 버블 탐지 뿐만 아니라 용융물의 온도를 결정하기 위해 유리 용융물을 통해 음향 신호 이동 시간의 결정을 가능하게 한다. 바람직하게는, 본 발명의 장치와 방법은 유리 시트 성형용 제조 시스템과 같은 유리 제조 시스템에서 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 유리 제조 시스템(42)의 개략적인 도면을 나타낸다. 예를 들어, 융합 공정이 미국 특허 제3,338,696호(Dockerty)에 기술되어 있다. 유리 제조 시스템(42)은 화살표(46)에 나타난 바와 같이 원료 피드 물질이 주입된 후 용융 유리(48)를 형성하기 위해 용융되는 용융로(44)(용융기 44)를 포함한다. 상기 유리 제조 시스템(42)은 또한 일반적으로 백금 또는 백금-로듐, 백금-이리듐 및 그 조합과 같은 백금 포함 금속으로부터 만들어진 구성성분을 더 포함한다. 그러나, 몰리브덴, 팔라듐, 레늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐 또는 이들의 합금과 같은 내화성 금속을 포함할 수도 있다. 상기 백금-포함 구성성분은 정제 도관(50)(가령, 미세 튜브(50)), 용융기 대 미세 커플링 튜브(52), 혼합 도관(54)(가령, 교반 챔버(54)), 파이너 대 교반 챔버 커플링 튜브(56), 배달 도관(58)(가령, 보울 58), 교반 챔버 대 보울 커플링 튜브(60), 및 다운커머(62)를 포함할 수 있다. 용융 유리는 성형 도관(66)(가령, 융합 파이프, 66)과 커플링되는 주입구(64)에 공급된다. 주입구(64)를 통해 성형도관(66)에 공급되는 용융된 유리는 성형 도관(66)의 외표면을 수렴하며 흘러내리는 2개의 분리된 유리 흐름으로 나뉘어 성형 도관(66)을 흐른다. 상기 두 개의 분리된 용융된 유리 흐름은 단일 유리 시트(68)를 형성하기 위해 수렴 성형 표면 교차점인 라인에서 재결합한다. 일반적으로, 성형 도관(66)은 세라믹 또는 유리-세라믹 내화성 물질로부터 만들어진다.
성형 도관(66)의 수렴 성형 표면을 흘러내리는 분리된 유리 흐름의 바깥 표면이 성형 표면을 접촉하지 않기 때문에, 본래 외표면을 갖는 결합된 유리 시트는 액정 디스플레이의 제조에 매우 적합하다.
본 발명의 구체예에 따라, 장치(8)는 용융된 유리에서의 이질물의 존재를 탐지하기 위해 다음 구성성분의 하나 이상과 커플링될 수 있다: 용융기 대 미세 튜브(52), 파이너(50), 파이너 대 교반 커플링 튜브(56) 또는 교반 챔버(54). 만일 이질물이 탐지되면, 그러한 이질물을 감소하기 위해 당업계에서 알려진 바에 따라 개선 조치를 취할 수 있다. 예를 들어, 버블은 상기 파이너의 외부 기압을 다양화함으로써(가령, 공기 중에 포함된 수소의 양을 증가시킴으로써) 감소될 수 있다. 코드는 교반 챔버에서 교반 속도를 증가시킴으로써 완화될 수 있다. 물론, 본 발명의 방법 및 장치는 본원에 기술된 바에 따라, 융합 유리 제조 시스템에서 이용되는 것에 제한되지 않으나, 용융된 유리를 가공하기 위해 금속 도관을 사용하는 어떠한 유리 성형 작용에 적용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 유리 용융물을 감지 및/또는 특징화하는 장 치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도파관과 유리 용융물을 포함하기 위한 도관의 벽사이를 커플링하는 도 1 장치에 대한 단면 확대도이다.
도 3은 도파관과 유리 용융물을 포함하는 도관의 벽을 커플링하기 위한 다른 방법의 도 1의 장치에 대한 단면 확대도이다.
도 4는 실험적 규모(set up)에서 음향 경로의 온도와 음향 신호에 대한 이동시간의 관계에 대한 그래프이다.
도 5는 도 1의 감지/특징화 장치를 사용하는 예시의 유리 제조 시스템의 개략적인 도면이다.
도 6은 시간 경과에 따른 샘플(레코드)과 변환기 출력 전압의 감지의 관계를 나타내는 그래프이다.
각각 대략 3mm 직경의 백금-로듐 코어 로드를 포함하는 여러 도파관이 약 9.5mm의 외경을 갖는 뮬라이트 클래딩 튜브로 건조-투입되었다. 상기 코어 로드는 각 도파관의 길이방향 축이 일치하는 co-linear한 관계로 일반적으로 대략 55 mm의 직경을 갖는 원통형 도가니인 백금-로듐의 외표면에 용접되었다. 뮬라이트 클래딩 튜브는 상기 로드의 노출된 단부가 스테인레스 스틸 튜브의 홀을 수직으로 통과될 수 있도록 하기 위해 각각의 백금 합금 로드에서 짧아졌다. 상업적으로 이용가능한 1 MHz 0.25 인치의 초음파 변환기(가령, 송신 변환기, 수신 변환기)는 변환기와 로드 사이에 위치한 초음파 커플런트(couplant)로 각 도파관의 각각의 백금 로드에 대해 가볍게 압축되었다. 스테인레스 스틸 튜브는 약 50℃에서 도파관 및 변환기의 경계면에서 온도가 유지된 냉각 기류를 수송한다.
둘째, Al2O3 외부 튜브는 각 도파관에 대해 중심에 배열되었으며, 도가니의 방사 및 수용 영역을 제한하는 도가니에 첨부되었다. 최종 조립체는 오븐을 통하거나 오븐 위로 연장되는 도파관에 공급되는 관모양의 오븐으로 투입되었다.
알루미노 보로실리케이트 유리는 상기 유리내에 이미 존재하는 버블의 제거를 확실히 하기 위해 분리된 도관에서 예비용융되었다. 유리는 이후 도가니로 옮겨졌다. 일 구성에서, 전송 변환기는 최대 펄스 폭에서 작동되며, 저항 및 진폭을 제동하는 Metrotek MP 217 펄서에 의해 작동되었다. 2차 도파관을 통해 수용 변환기에 의해 탐지된 수신호는 0.05 - 2 MHz 밴드폭 20 dB 증폭음에 고정된 Bruel & Kaer 2638 콘디셔닝 증폭기와 조합하여 0.1 -1.4 MHz 필터를 갖는 Bruel & Kaer 2637을 통해 발송되었다. 상기 신호들은 80μs 트리거 지연 후에 개시되는 10 MHz 샘플 비율로 기록된 전체 2,500 개의 샘플에 대해 LeCroy 9450 디지탈 오실로스코프에 의해 8 비트 해상도로 디지털화되었다.
유리 용융물에서 깨끗한 음향 경로를 가진 실험의 첫 부분에서, 약 250 레코드에 대한 상기 시간 도메인 반응을 기록하여 평균을 산출하였다. 약 10 mm의 외부 직경 및 6mm의 내부 직경을 갖는 얇은 세라믹 튜브가 화로의 천장을 통해 도가니내의 용융물로 투입되었다. 압축된 질소가 용융물의 표면으로 올라오는 도가니의 바닥근처의 버블을 생성하는 튜브를 통과하여 유리 용융물로 천천히 빠져나와 터졌 다. 순간적인 각각의 버블에 대한 대략적인 표시를 가능하게 하는 압축된 질소 라인 내의 버블 플라스크가 생성되었다. 화로의 온도는 약 1570℃였다.
버블 튜브가 없는 경우, 초음파 경로는 깨끗하였고, 오실로스코프에 의해 표시되는 시간 도메인 반응이 매우 안정되었다. 상기 버블 튜브는 뒤이어 용융물로 도입되었고 약 레코드 250에서 첫번째 버블이 약 1-2초당 1 버블의 매우 일정한 속도로 생성되었다. 실험 동안, 시간 대응 변동(time response fluctuation)을 표시하기 위해 오실로스코프 스크린이 사용되었다.
이전 실시예에서와 같이, 모든 레코드가 200 kHz 네번째 순서의 Butterworth 필터를 통해 걸러졌으며, 그 엔벨롭이 계산되었고 초기 교반되기 전 기간(이 경우, 첫 150 레코드)에 걸친 평균 엔벨롭을 뺐다. 레코드 250 내지 550 사이에, 13 버블 통로가 대응 그래프에서 관찰되었다.
도 6은 이전 실험에 대해 시간에 따른 샘플(레코드)의 함수로서 감지 변환기 출력 전압을 나타내는 단순한 출력을 나타낸다. 탐지된 버블의 존재는 13개의 배출된 버블에 대응하는 약 레코드(샘플) 250에서 시작하는 연속된 13 전압 스파이크로서 명확히 나타날 수 있다. 이상하게도, 버블 표시에 대해 전압 감소가 예측되었다. 상기 전압 증가는 전송 및 수신 변환기 조립체의 불완전한 배열 또는 버블에 의한 초점 효과(focusing effect)의 결과인 것을 생각된다.
발명이 특성 실시예와 결합하여 기술되었으나, 상술한 기술의 관점에서 많은 대안, 수정, 변형이 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 개념 및 넓은 범위내의 모든 대안, 수정, 변형을 포함한다.

Claims (19)

  1. 음파를 도관(10)의 외표면(34)을 통해 용융된 유리로 커플링시키는 단계;
    용융된 유리에서 반사 음파를 탐지하는 단계; 및
    상기 탐지된 반사 음파에 따라 유리 용융물에서의 이질물의 존재를 측정하는 단계를 포함하는 도관(10)에서의 유리 용융물 특징화(characterizing) 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도관을 통해 유리 용융물을 흐르게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도관(10)에서의 유리 용융물 특징화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 유리 용융물에서의 이질물의 존재여부를 측정하는 단계는 반사된 음파의 전달시간(transit time), 진폭 및 주파수 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이질물이 기체인 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이질물이 고체인 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 음파를 커플링시키는 단계는 제1 초음파 변환기(24a)를 제1 도파관(waveguide, 20a)을 통해 도관(10)의 외표면(34)에 커플링시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 변환기(24a)는 압전 변환기(piezoelectric transducer)인 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 반사 음파는 상기 도관(10)의 외표면(34)에 커플링된 제 2 도파관(20b)을 통해 제 2 초음파 변환기(24b)와 음향적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 도관(10)은 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  10. 제8항에 있어서, 제 1 및 제 2 도파관(20a,b) 각각은 긴 금속 코어 로드(core rod, 21a,b) 및 비금속 클래딩(cladding, 22a,b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 도파관은 각각 코어(21a,b) 및 클래딩(22a,b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 이질물의 존재를 측정하는 단계는 유리 용융물의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 방법.
  13. 유리 용융물(15)을 함유하기 위한 도관(10);
    제 1 변환기(24a)로부터 유리 용융물(15)까지 음파를 음향적으로 커플링시키기 위해 상기 도관(10)의 외표면(34)에 커플링된 제 1 도파관(20a); 및
    유리 용융물(15)로부터 제 2 변환기(24b)까지 반사 음파를 음향적으로 커플링시키기 위해 상기 도관(10)의 외표면(34)에 커플링된 제 2 도파관(24b);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 도관(10)은 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 도관의 음파 방출 및 수신 영역을 각각 한정하기 위해 제 1 및 제 2 도파관(20a,b)의 중심인 상기 도관에 물리적으로 커플링된 제 1 및 제 2 튜브(32a,b)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 도파관(20a)은 공통 세로축을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 장치.
  17. 제16항에 있어서, 제1 및 제2 도파관은 각각 비금속 클래딩으로 슬리브 연결된(sleeved) 금속 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 도파관(20a,b)이 도관(10)의 지름을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 특징화 장치.
  19. 제13항의 장치를 포함하는 유리 제조 시스템(42).
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