KR20090052863A - 냉각 지지 핀을 갖는 부싱 조립체 - Google Patents

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윌리엄 엘 스트레이처
테리 엘 앤더슨
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오씨브이 인텔렉츄얼 캐피탈 엘엘씨
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Abstract

용융 무기 소재의 스트림으로부터 연속 필라멘트를 제조하는 장치로서, 이 장치는 용융 스트림 (13) 을 공급하는 피더 (12), 용융 스트림 (13) 을 냉각하는 냉각 핀 (30), 및 피더 (12) 를 지지하고 용융 스트림 (13) 을 냉각하는 냉각 지지 핀 (10) 을 포함한다. 냉각 지지 핀 (40) 은 피더 (12) 를 적어도 부분적으로 지지하는 지지 바 (50) 를 유지하는 상부 개방형 채널 (50), 및 냉각 유체를 유용하도록 구성되는 폐쇄형 하부 채널 (60) 을 갖는다. 대안적으로, 냉각 유체를 수용하도록 구성되는 통로 (126) 가 냉각 지지 핀 (40) 의 아래쪽에 위치한다.
냉각 지지 핀, 부싱

Description

냉각 지지 핀을 갖는 부싱 조립체{BUSHING ASSEMBLY HAVING COOLING SUPPORT FINS}
본 발명은 일반적으로 연속적인 섬유성 소재의 제조 장치, 특히 유리 섬유 제조용 부싱에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 섬유 부싱 팁 플레이트용 냉각 지지 핀 및 이를 구비한 섬유 부싱 조립체에 관한 것이다.
연속적인 유리 섬유의 제조에 있어서, 유리 형성 배치 성분은 그 성분이 용융 상태로 가열되는 용융장치에 가해진다. 용융 유리는 유리 전달 시스템, 예컨대 채널 및 전로(forehearth) 에 의해 용융장치로부터 하나 이상의 부싱 조립체로 이동한다. 각각의 부싱은 중력에 의해 용융 유리 스트림이 유통하는 팁 플레이트에 정렬된 다수의 노즐을 갖는다. 이 스트림은 기계적으로 인발되어 와인더 등의 장치를 사용하여 연속적인 유리 섬유를 형성한다.
모든 부싱 팁 노즐은 일반적으로 동일 평면에 수평하게 위치하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 팁 플레이트 아래쪽에는 복수의 냉각 핀이 제공된다. 냉각 핀은 팁 플레이트 노즐의 줄(row) 사이에서 연장된다. 용융 유리 스트림을 유리 섬유로 적절하게 냉각하기 위하여, 열은 노즐 및 유리 스트림에서 핀으로 복사 및 대류적으로 전달된다.
용융 무기 소재의 스트림으로부터 연속적인 필라멘트를 제조하는 장치는 피더(feeder), 냉각 핀 및 냉각 지지 핀을 포함한다. 피더는 용융 무기 소재의 스트림을 배출하는 오리피스를 갖는 팁 플레이트를 갖는다. 용융 스트림으로부터 열을 제거하기 위하여 냉각 핀은 팁 플레이트 아래쪽에 위치한다. 냉각 지지핀은 팁 플레이트 아래쪽에 위치한다. 냉각 지지 핀은 팁 플레이트를 적어도 부분적으로 지지하며, 용융 스트림으로부터 열을 제거한다. 각각의 냉각 핀은 본체 및 지지 바를 갖는데, 본체는 팁 플레이트와 직접적으로 접촉하는 지지 바를 유지하는 상부 개방형 채널을 갖는다.
특정 실시예에서, 냉각 지지 핀의 본체는 냉각 유체의 공급물을 수용하는 폐쇄형 하부 채널을 또한 포함한다. 다른 실시예에서는 냉각 유체의 공급물을 수용하기 위하여 통로가 냉각 지지 핀 아래쪽에 위치한다.
또한, 특정 실시예에서, 냉각 지지 핀의 본체는 소재의 단일형 부재로 이루어지며, 지지 바는 세라믹 소재로 이루어진다.
첨부 도면을 참조할 때, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 통하여 당업자는 본 발명의 다양한 목적 및 장점을 명확하게 이해할 것이다.
도 1 은 냉각 지지 핀의 일 실시예를 포함하는 냉각 매니폴드, 및 팁 플레이트를 갖는 유리 피더의 부분 단면을 나타내는 측면도이다.
도 2 는 도 1 의 라인 (2-2) 을 따라 취한 국부 투시도로서, 일 실시예에 따 른 유리 피더의 팁 플레이트와 지지 접촉하는 냉각 지지 핀의 위치를 나타낸다.
도 2a 는 도 2 에 도시된 냉각 지지 핀의 확대도이다.
도 3 은 냉각 지지 핀의 다른 실시예를 나타내는 냉각 매니폴드, 및 팁 플레이트를 갖는 유리 피더의 부분 단면을 나타내는 측면도이다.
도 4 는 도 3 의 라인 (4-4) 을 따라 취한 국부 투시도로서, 다른 실시예에 따른 유리 피더의 팁 플레이트와 지지 접촉하는 냉각 지지 핀의 위치를 나타낸다.
도 5 는 팁 플레이트, 냉각 핀이 부착된 냉각 매니폴드, 및 냉각 지지 핀의 부분 저면도이다.
이하 도면을 참조하면, 도 1 은 용융 상태의 유리체 (11) 를 유지하는 부싱 조립체 (10) 를 나타낸다. 부싱 조립체 (10) 에는 유리 용융로(미도시)와 같은 임의의 적절한 장치에 의해 용융 유리가 공급된다. 부싱 조립체 (10) 는 팁 플레이트 (16) 로부터 연장되는 복수의 팁 또는 노즐 (14) 을 갖는 부싱 또는 유리 피더 (12) 를 포함한다.
피더 (12) 는 전기 저항 가열을 통해 가열되며, 많은 경우에 2300℉ 초과의 온도에서 작동한다. 각각의 노즐 (14) 은 오리피스 (18) 를 형성하며, 유리 용융 스트림 (13) 은 각각의 오리피스 (18) 로부터 방출되어 섬유 (15) 로 감쇠(attenuation)된다.
특정 실시예에서, 팁 플레이트 (16) 는 쉽게 나뉘어 떨어지는 개수의 노즐 (14) 을 갖는다. 예를 들어, 팁 플레이트 (16) 는 4,000 개의 노즐 (14) 을 가 질 수 있으며, 결과적으로 부싱 (12) 은 4,000 개의 필라멘트 (15) 를 생성할 수 있다. 필라멘트 (15) 는 하나 이상의 스트랜드로 합쳐질 수 있는데(미도시), 이 스트랜드는 감긴 패키지 형태로 수집된다. 필라멘트 (15) 는 다양한 용도의 다양한 스트랜드를 제조하기 위하여 서로 다른 양(예컨대, 1,000, 2,000, 3,000 또는 4,000)으로 합쳐질 수 있다.
일 양태에서, 본 발명의 개선점은 새그(sag)를 제거함으로써 부싱의 수명을 증가시키며, 생산 효율을 개선한다. 추가적으로, 이전에 사용되던 것보다 훨씬 큰 팁 플레이트를 만들 수 있기 때문에, 본 개선점은 팁 플레이트 (16) 에 많은 수의 노즐 (14) 을 제공할 수 있다. 추가적으로, 팁 플레이트를 위하여 대형 지지 구조물에 대한 필요성이 줄어들기 때문에, 값비싼 합금의 사용량을 줄일 수 있다. 이러한 개선점은 팁 플레이트를 지지하기 위하여 독자적인 냉각 지지 배열체를 사용하며, 현재 "최신식" 부싱 조립체보다 훨씬 큰 부싱의 실제적인 작동을 허용한다.
균일한 크기 및 특성을 갖는 유리 필라멘트 (15) 를 만족스럽게 형성하기 위하여, 산업계에서는 유리를 노즐 (14) 을 통해 비교적 낮은 점도로 유동시킨다. 반면에, 스트림 (13) 으로부터 미세한 필라멘트 (15) 를 만족스럽게 감쇠시키기 위해서는, 노즐 (14) 의 외부에 인접한 유리 스트림 (13) 의 점도를 증가시킬 필요가 있다. 따라서, 도 5 에 도시된 바와 같이, 유리의 점도를 높이기 위하여 유리 스트림 (13) 으로부터 열을 빼앗는 냉각 매니폴드 (20) 가 제공된다.
냉각 매니폴드 (20) 는 유리 피더 (12) 의 팁 플레이트 (16) 아래쪽에 위치 한다. 노즐 (14) 이 줄지어 있기 때문에, 용융 유리 스트림 (13) 도 줄지어 있게 된다. 냉각 매니폴드 (20) 는, 도 2 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 복수의 열전달 부재 (30) 를 포함하는데, 본원에서는 이 부재를 일반적으로 냉각 핀으로 칭한다.
최적의 냉각 효율을 위하여, 냉각 핀 (30) 은 노즐 (14) 의 줄 사이에 배치되도록 위치될 수 있다. 통상적으로, 냉각 핀 (30) 은 그 사이에 정렬된 한 줄 또는 두 줄의 노즐 (14) 을 갖는다. 각각의 냉각 핀 (30) 은, 도 5 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 매니폴드 (20) 에 융접, 용접 또는 고정된 제 2 단부 (34) 와 제 1 단부 (32) 를 갖는다.
매니폴드 (20) 는 순환 냉각 유체(미도시)를 수용하도록 배치된다. 냉각 핀 (30) 은 용융 유리 스트림 (13) 으로부터 열을 흡수하거나 빼앗고, 핀 (30) 에 의해 매니폴드 (20) 로 전도된 열은 순환 유체가 빼앗아 간다. 특정한 바람직한 실시예에서, 냉각 유체는 노즐 (14) 로부터 방출되는 용융 유리 스트림 (13) 과 냉각 핀 (30) 사이에서 원하는 온도차를 유발하기 위하여, 제어된 유량 및 소정 온도로 매니폴드 (20) 를 통과할 수 있는 물을 포함한다. 이러한 배치를 통해, 용융 스트림 (13) 으로부터 열을 추출 또는 빼냄으로써 유리의 점도를 증가시켜 스트림을 미세한 필라멘트 (15) 로 효율적으로 감쇠시킬 수 있다.
특정 실시예에서, 냉각 핀 (30) 은 중실형 니켈 도금된 구리 핀이지만, 다른 실시예의 경우에는 핀이 냉각 유로(미도시)를 가질 수 있다.
피더 (12) 가 비교적 새로운 것일 때, 팁 플레이트, 또는 팁 플레이트 (16) 는 직선형이며, 냉각 핀 (30) 은 노즐 (14) 과 함께 균일하게 배열된다. 따라서, 노즐 (14) 로부터 방사되는 유리 스트림 (13) 이 비교적 균일한 점도를 갖게 됨으로써, 균일한 성질을 갖는 유리 섬유 (15) 가 얻어진다. 그러나 이러한 균일성은 피더 수명의 초기 단계에서만 발생한다. 피더 (12) 가 일정 기간 작동한 후에는, 고온, 유리 중량 및 감쇠(attenuation)로 인해 야기된 장력으로 인한 응력이 팁 플레이트 (16) 를 새그하기 시작한다. 팁 플레이트 (16) 가 더욱 새그될수록, 핀 커버리지 또는 실딩이 더욱 고르지 않아진다. 따라서, 팁 플레이트 (14) 의 가열은 팁 플레이트 소재 (14) 의 구조적 특성을 감소시킨다. 정역학적 유리 압력, 중력, 및 형성 장력으로 야기된 응력은 팁 플레이트 (16) 를 형성하는 합금의 고온 크리프를 유발한다. 이러한 합금의 크리프는 팁 플레이트 (16) 를 변형시켜, 결국 하방으로 새그시킨다. 팁 플레이트 (16) 가 새그됨에 따라, 노즐 (14) 은 상이한 방향을 향하게 된다. 결과적으로, 몇몇 노즐 (14) 은 다른 노즐에 비하여 특정 냉각 핀 (30) 에 더 가까워진다.
종래에는, 팁 플레이트의 뒤틀림 새그를 보상하기 위하여, 필라멘트 제조 공정을 중단하고 냉각 핀 (30) 을 가장 낮은 노즐 (14) 의 하부까지 낮추어야만 했다. 결과적으로, 냉각 핀 (30) 은 모든 노즐 (14) 로부터 등거리에 있지 않게 되었다. 따라서, 몇몇 노즐 (14) 은 냉각 핀 (30) 에 너무 접근하여 너무 냉각되었고, 몇몇 노즐 (14) 은 냉각 핀 (30) 으로부터 너무 멀어져 너무 고온이었다. 변위된 노즐 (14) 이 너무 냉각되는 경우, 제조된 섬유 (15) 의 직경이 감소하였다. 이렇게 감소한 직경은, 형성 장력의 후속적인 증가를 따라서, 생성되는 섬유의 파단(breakout)을 야기하곤 하였다. 노즐 (14) 이 너무 고온인 경우에는, 원하지 않는 유리 유동의 증가 및 점도의 감소가 발생하여, 종종 파단을 야기하는 유동 불안정성을 초래하였다. 파단이란 노즐 (14) 로부터 형성된 섬유 (15) 의 분리 또는 끊김(interruption)을 말한다. 파단은 모든 섬유가 파괴되어 섬유 형성이 완전 중단될 것을 요한다. 최종 결과는 일시적인 생산 손실과 스크랩 섬유의 생성이다.
고온으로 인해 또 다른 문제가 야기된다. 예를 들어, 미국 오하이오주 톨레도 소재 Owens Corning사의 Advantex® 유리 섬유 제품과 같은 고온 섬유 제품을 제조할 때에는, 부싱이 다른 많은 유리 형성 작업에서보다 더 높은 온도로 가열되어야만 하기 때문에, 팁 플레이트 (16) 의 완전성이 공격을 받게 되고, 나아가 부싱 (12) 의 기대 수명이 줄어들게 된다. 부싱의 짧은 수명은 손상된 부싱을 값비싼 새로운 부싱으로 교체하기 때문에 큰 생산 손실을 야기한다. 부싱의 교체 절차는 적어도 한 순환(shift) 동안 생산 중단을 요구한다.
부싱의 짧은 수명과 관련한 다른 문제점은, 부싱 수명의 막바지에서 부싱을 잘게 절단하고, 불순물을 제거하여, 새로운 부싱을 조립하는데 사용한다는 것이다. 이러한 작업는 노동 집약적이며 소중한 자원의 손실을 초래한다.
본 발명의 개선에 있어서, 팁 플레이트 (16) 를 적어도 부분적으로 지지하기 위하여 냉각 핀 (40) 이 사용됨으로써, 실질적으로 균일한 유리 필라멘트 (15) 를 제공함과 동시에 그 사용 수명이 연장된다. 또한, 냉각 지지 핀 (40) 은 팁 플레이트 (16) 에서 더 많은 수의 노즐 (14) 이 사용되도록 해준다.
도 1 은 팁 플레이트 (16) 의 변형을 방지하기 위하여 아래쪽으로부터 외부적으로 팁 플레이트 (16) 를 지지하도록 위치하는 하나의 냉각 지지 핀 (40) 을 나타낸다. 설명의 편의를 위하여 하나의 냉각 지지 핀 (40) 만을 도시한 것이며, 팁 플레이트 (16) 를 지지하기 위해서는 하나 이상의 냉각 지지 핀 (40) 을 사용할 수 있으며, 이것도 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
냉각 지지 핀 (40) 은 제 1 단부 (42) 와 제 2 반대측 단부 (44) 를 포함한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 각각의 냉각 지지 핀 (40) 은 열 전도와 관련하여 마주보는 도관 (26, 28) 에 연결된다. 도관 (26, 28) 은 순환 냉각 유체(미도시)를 수용하도록 배치된다.
도 2 및 도 2a 에 잘 도시된 바와 같이, 냉각 지지 핀 (40) 은 본체 (46) 및 지지 바 (70) 를 포함한다. 특정 실시예에서, 지지 바 (70) 는 전기 및 열절연 소재로 이루어진다. 특정 실시예에서, 지지 바 (70) 는 실질적으로 직사각형 형상을 갖는다. 특히 유용한 지지 바 (70) 는 너무 쉽게 부서지지 않으면서 원하는 강도를 갖는 알루미늄 산화물과 같은 세라믹 소재로 이루어질 수 있는 것으로 알려져 있다.
냉각 지지 바 (40) 의 본체 (46) 는 개방형 상부 채널 (50) 과 폐쇄형 하부 채널 (60) 을 포함한다. 개방형 상부 채널 (50) 은 길이방향으로 연장된 마주보는 벽 (52, 54) 과 바닥면 (56) 에 의해 형성된다. 개방형 상부 채널 (50) 의 벽 (52, 54) 과 바닥면 (56) 은 지지 바 (70) 를 유지하도록 구성된다.
폐쇄형 하부 채널 (60) 은 개방형 상부 채널 (50) 의 아래쪽에 위치함으로 써, 개방형 상부 채널 (50) 이 본체 (46) 의 중간부 (48) 에 의해 폐쇄형 하부 채널 (60) 로부터 분리된다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 폐쇄형 하부 채널 (60) 은 길이방향으로 연장되는 벽 (62, 64, 66 및 68) 에 의해 형성된다. 폐쇄형 하부 채널 (60) 은 다른 적절한 형상을 가질 수도 있다. 폐쇄형 하부 채널 (60) 은 냉각 지지 핀 (40) 의 제 1 단부 (42) 와 제 2 단부 (44) 사이에서 길이방향으로 연장된다. 폐쇄형 하부 채널 (60) 은 냉각 유체(미도시)의 실질적으로 연속적인 유동을 수용하도록 구성된다.
냉각 유체는 냉각 지지 핀 (40) 의 제 1 단부 (42) 에 연결되는 대응 제 1 도관 (26) 에 의해 폐쇄형 하부 채널 (60) 을 통해 공급된다. 냉각 지지 핀 (40) 의 제 2 단부 (44) 는 대응 제 2 도관 (28) 과 접촉함으로써, 냉각 유체가 폐쇄형 하부 채널 (60) 을 빠져나갈 수 있다.
도 1 및 도 2 에 도시된 실시예에서, 지지 바 (70) 는 팁 플레이트 (16) 의 바닥면 (17) 과 접촉하여 팁 플레이트 (16) 를 위한 지지체로 기능한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 지지 바 (70) 는 팁 플레이트 (16) 의 외측 바닥면 (72) 과 맞닿아 이를 지지하는 상면 (72) 을 갖는다. 지지 바 (70) 는 개방형 상부 채널 (50) 의 바닥면 (56) 에 놓이는 하면 (74) 을 또한 갖는다. 특정한 다른 실시예에서, 지지 바 (70) 와 팁 플레이트 (16) 의 바닥면 (17) 사이에 스페이서가 위치할 수 있다.
특정 실시예에서, 개방형 상부 채널 (50) 을 형성하는 바닥면 (56) 과 벽 (52, 54), 본체 (46), 및 폐쇄형 하부 채널 (60) 의 벽 (62, 64, 66 및 68) 이 단일형 부재로 이루어지기 위하여, 냉각 지지 핀 (40) 은 금속과 같은 소재의 단일형 부재로 이루어진다.
다시 도 5 를 참조하면, 매니폴드 (20) 에 연결되는 복수의 냉각 핀 (30) 을 따라 부싱 조립체 (10) 에 설치된 하나의 냉각 지지 핀 (40) 이 도시되어 있다. 지지 바 (40) 는 팁 플레이트 (12) 와 접촉하여 움직일 수 없는 반면, 냉각 핀 (30) 은 섬유의 길이를 조절하기 위하여 팁 플레이트 (12) 로 접근하거나 이로부터 멀어지도록 움직일 수 있다.
냉각 지지 핀 (40) 은 스트림 (13) 으로부터 열을 흡수하거나 빼앗고, 냉각 지지 핀 (40) 에 의해 도관 (28) 으로 전도된 열은 순환 유체가 빼앗아 간다. 이러한 구성를 통해, 냉각 지지 핀 (40) 에 의해 유리 스트림 (13) 으로부터 열을 빼앗거나 추출하는 것은 유리의 점도를 증가시켜 스트림의 미세한 필라멘트 (15) 로의 효율적인 감쇠를 촉진한다.
특정 실시예에서, 개방형 상부 채널 (50) 은 냉각 지지 핀 (40) 의 본체 (46) 높이의 약 10 ~ 약 50%를 차지하여, 본체 (46) 의 중간부 (48) 가 냉각 지지 핀 (40) 높이의 약 50 ~ 약 90%를 차지하게 된다. 또한, 특정 실시예에서, 폐쇄형 하부 채널 (60) 은 냉각 지지 핀 (40) 의 본체 (46) 높이의 약 20 ~ 약 50%를 갖는다. 예를 들어, 개방형 상부 채널 (50) 은 예컨대 개방형 상부 채널 (50) 에서 지지 바 (70) 의 절반의 하부와 같은 하부를 고정하도록 구성되는 마주보는 측벽 (52, 54) 을 가질 수 있다. 또한, 다른 적절한 구성도 본 발명의 범위에 포함된다.
특정한 기타 유용한 구성에서, 개방형 상부 채널 (50) 은 본체 (46) 높이의 약 5 ~ 약 10%, 중간부 (48) 는 본체 (46) 높이의 적어도 약 60 ~ 약 70%, 그리고 폐쇄형 하부 채널 (60) 은 본체 (46) 높이의 약 15 ~ 약 25%를 차지한다. 예를 들어, 개방형 상부 채널 (50) 의 마주보는 측벽 (52, 54) 의 높이는 약 0.06 ~ 약 0.18 인치가 될 수 있다. 지지 바 (70) 의 높이는 약 0.12 ~ 약 0.38 인치가 되어, 지지 바 (70) 의 적어도 절반의 하부가 개방형 상부 채널 (50) 에 고정될 수 있다. 개방형 상부 채널 (50) 은 약 0.06 ~ 약 0.12 인치의 단면폭을 가질 수 있다. 개방형 상부 채널 (50) 과 폐쇄형 하부 채널 (60) 사이에서 연장되는 중간부 (48) 의 높이는 약 0.50 ~ 약 1.5 인치가 될 수 있다. 또한, 폐쇄형 하부 채널 (60) 은 약 0.06 ~ 약 0.12 인치의 단면폭과 약 0.12 ~ 약 0.5 인치의 높이를 가질 수 있다. 또한, 다른 적절한 구성도 본 발명의 범위에 포함된다.
특정한 부싱 조립체에서, 냉각 지지 핀 (40) 은 아래쪽에 균일하게 이격되어 팁 플레이트 (16) 의 외측 바닥면 (17) 과 지지 접촉을 형성한다. 또한, 특정한 부싱 조립체에서, 냉각 지지 핀 (40) 은 냉각 핀 (30) 과 실질적으로 동일한 단면폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 부싱 조립체 (10) 는 42개의 지지 핀과 3개의 냉각 지지 핀 (40) 을 포함할 수 있다. 이러한 실시예는, 예컨대 11개의 냉각 핀, 제 1 냉각 지지 핀, 10개의 냉각 핀, 제 2 냉각 지지 핀, 10개의 냉각 핀, 제 3 냉각 지지 핀, 및 11개의 지지 핀으로 구성되는 패턴을 가질 수 있다. 다른 유용한 구성도 본 발명의 범위에 포함된다.
도 3 및 도 4 는 제 1 단부 (142) 와 제 2 반대측 단부 (144) 를 갖는 냉각 지지 핀 (140) 을 나타내는 다른 실시예이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1 및 도 2 에 도시된 것과 동일한 요소는 동일한 도면부호를 제공하였다.
냉각 매니폴드 (120) 는 노즐 (14) 사이에서 유리 피더 (12) 의 팁 플레이트 (16) 를 가로질러 연장된다. 냉각 매니폴드 (120) 는, 도 4 에 도시된 바와 같이, 본원에서 일반적으로 냉각 핀으로 칭하는 복수의 열전달 부재 (130) 를 포함한다. 냉각 핀 (130) 은 노즐 (14) 과 유리 스트림 (13) 을 다양한 배열로 분리할 수 있다. 통상적으로, 냉각 핀 (130) 은 그 사이에 정렬된 한 줄 또는 두 줄의 노즐 (14) 을 갖는다. 각각의 냉각 핀 (130) 은 순환 냉각 유체(미도시) 를 수용하도록 배치되는 매니폴드 (20) 에 융접, 용접 또는 고정된다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 각각의 냉각 지지 핀 (140) 은 열 전도와 관련하여 길이방향으로 연장되는 통로 (126) 에 융접, 용접 또는 고정된다.
통로 (126) 는 냉각 지지 핀 (140) 아래쪽에 위치하여, 이 냉각 지지 핀과 맞닿아 접촉한다. 몇몇 실시예에서, 통로 (126) 는 예컨대 용접 또는 솔더링에 의해 냉각 지지 핀 (140) 에 융접된다. 통로 (126) 는 냉각 지지 핀 (140) 의 제 1 단부 (142) 와 제 2 단부 (144) 사이에서 연장된다. 통로 (126) 는 순환 냉각 유체(미도시)를 수용하도록 배치된다.
도 4 및 도 4a 에 잘 도시된 바와 같이, 냉각 지지 핀 (140) 은 본체 (146) 와 지지 바 (170) 를 포함한다. 특정 실시예에서, 지지 바 (170) 는 전기 및 열절연 소재로 이루어진다. 특정 실시예에서, 지지 바 (170) 는 실질적으로 직 사각형 형상을 갖는다. 특히 유용한 지지 바는 너무 쉽게 부서지지 않으면서 원하는 강도를 갖는 알루미늄 산화물과 같은 세라믹 소재로 이루어질 수 있는 것으로 알려져 있다.
냉각 지지 핀 (140) 의 본체 (146) 는 길이방향으로 연장된 마주보는 벽 (152, 154) 과 바닥면 (156) 에 의해 형성되는 개방형 상부 채널 (150) 을 포함한다. 개방형 상부 채널 (150) 의 벽 (152, 154) 과 바닥면 (156) 은 지지 바 (170) 를 유지하도록 구성된다.
냉각 지지 핀 (140) 의 지지 바 (170) 는 팁 플레이트 (16) 의 바닥면 (17) 과 직접 접촉하여 팁 플레이트 (16) 를 위한 지지체로 기능한다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 지지 바 (170) 는 팁 플레이트 (16) 의 외측 바닥면 (17) 과 맞닿아 이를 지지하는 상면 (172) 을 갖는다. 지지 바 (170) 는 개방형 상부 채널 (150) 의 바닥면 (156) 에 놓이는 하면 (174) 을 또한 갖는다.
특정 실시예에서, 개방형 채널 (150) 은 냉각 지지 핀 (140) 높이의 약 15 ~ 약 25%를 차지한다. 또한, 특정 실시예에서, 본체 (146) 와 벽 (152, 154) 을 포함하는 냉각 지지 핀 (140) 은 금속과 같은 소재의 단일 부재로 이루어진다. 즉, 개방형 상부 채널 (150) 을 형성하는 벽 (152, 154) 과 바닥면 (156) 및 본체 (146) 는 단일형 부재로 이루어진다.
냉각 지지 핀 (140) 은 용융 스트림 (13) 으로부터 열을 흡수하거나 빼앗고, 냉각 지지 핀 (140) 에 의해 하부 통로 (126) 로 전도된 열은 순환 유체가 빼앗아 간다. 이러한 구성를 통해, 냉각 지지 핀 (140) 에 의하여 용융 스트림 (13) 으로부터 열을 빼앗거나 추출하는 것은 유리의 점도를 또한 증가시켜 스트림의 미세한 필라멘트 (15) 로의 효율적인 감쇠를 촉진한다.
특정 실시에에서, 개방형 상부 채널 (150) 은 냉각 지지 핀 (140) 높이의 약 10 ~ 약 50%를 차지하여, 본체 (46) 는 냉각 지지 핀 (40) 높이의 적어도 약 50 ~ 약 90%를 차지한다. 예를 들어, 개방형 상부 채널 (150) 은 개방형 상부 채널 (150) 에서 지지 바 (170) 의 적어도 절반의 하부를 고정하도록 구성되는 마주보는 측벽 (152, 154) 을 가질 수 있다. 다른 적절한 구성도 본 발명의 범위에 포함된다.
특정한 기타 유용한 구성에서, 개방형 상부 채널 (150) 은 냉각 지지 핀 (140) 높이의 약 5 ~ 약 10%를 차지한다. 예를 들어, 특정한 유용한 구성에서 개방형 상부 채널 (150) 의 마주보는 측벽 (152, 154) 의 높이는 약 0.06 ~ 약 0.18 인치가 될 수 있다. 지지 바 (170) 의 높이는 약 0.12 ~ 약 0.38 인치가 되어, 지지 바 (170) 의 적어도 절반의 하부가 개방형 상부 채널 (150) 에 고정될 수 있다. 개방형 상부 채널 (150) 은 약 0.06 ~ 약 0.12 인치의 단면폭을 가질 수 있다.
특정한 부싱 조립체에서, 냉각 지지 핀 (140) 은 팁 플레이트 아래쪽에 균일하게 이격되어 팁 플레이트 (16) 의 외측 바닥면 (17) 과 지지 접촉을 형성한다. 또한, 특정한 부싱 조립체에서, 냉각 지지 핀 (140) 은 냉각 핀 (130) 과 실질적으로 동일한 단면폭을 가질 수 있다.
본 발명의 전술한 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예의 설명은 예시적인 것으로, 본 발명의 범위를 청구범위의 내용으로 제한하고자 한 것은 아니다.
본원에 개시되고 청구범위에 주장된 모든 요소 및 방법은 본 발명의 관점에서 부적절한 실험 없이도 제조 및 실시될 수 있다. 본 발명의 요소 및 방법을 전술한 예시적인 실시예의 관점에서 설명하였더라도, 당업자는 본 발명의 범위, 개념 및 기술적 사상의 범위를 넘지 않으면서 변형물, 교환물, 개조물 및 대체물을 본원에 기재된 요소 및/또는 방법에 적용할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. i) 용융 무기 소재를 유지하도록 구성되며, 팁 플레이트를 갖는 피더;
    ii) 상기 팁 플레이트 아래쪽에 위치하여 상기 팁 플레이트로부터 이격되어 있는 냉각 핀; 및
    iii) 상기 팁 플레이트 아래쪽에 위치하는 냉각 지지 핀을 포함하는, 용융 무기 소재의 스트림으로부터 연속적인 필라멘트를 제조하는 장치로서,
    상기 팁 플레이트는 상기 용융 무기 소재의 스트림을 배출하도록 구성되는 오리피스를 가지며, 상기 냉각 핀은 상기 용융 스트림으로부터 열을 제거하도록 구성되며, 상기 냉각 지지 핀은 상기 팁 플레이트를 적어도 부분적으로 지지하며 상기 용융 스트림으로부터 열을 제거하도록 구성되며,
    상기 냉각 지지 핀은 본체, 및 상기 팁 플레이트를 적어도 부분적으로 지지하기 위하여 상기 본체 위쪽에 위치하는 지지 바를 포함하며, 상기 본체는 상기 지지 바를 유지하도록 구성되는 상부 개방형 채널을 가지며, 상기 본체는 냉각 유체의 공급물을 수용하도록 구성되는 폐쇄형 하부 채널을 더 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 바가 상기 팁 플레이트와 직접적으로 접촉하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀의 본체가 금속의 단일형 부재로 이루어지는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐쇄형 하부 채널의 높이가 상기 냉각 지지 핀의 본체 높이의 약 20 ~ 약 50%인 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 바가 세라믹 소재로 이루어지는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 세라믹 소재는 알루미늄 산화물인 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀의 개방형 상부 채널은 그 개방형 상부 채널에서 상기 지지 바의 일부를 고정하도록 구성되는 마주보는 측벽을 갖는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀은 상기 팁 플레이트 아래쪽에서 균일하게 이격되어 있는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀은 상기 냉각 핀과 실질적으로 동일한 단면 폭을 갖는 장치.
  10. i) 용융 무기 소재를 유지하도록 구성되며, 팁 플레이트를 갖는 피더;
    ii) 상기 팁 플레이트 아래쪽에 위치하며 상기 팁 플레이트로부터 이격되어 있는 냉각 핀; 및
    iii) 상기 팁 플레이트 아래쪽에 위치하는 냉각 지지 핀; 및
    iv) 상기 냉각 지지 핀 아래쪽에 위치하는 통로를 포함하는, 용융 무기 소재의 스트림으로부터 연속적인 필라멘트를 제조하는 장치로서,
    상기 팁 플레이트는 상기 용융 무기 소재의 스트림을 배출하도록 구성되는 오리피스를 가지며, 상기 냉각 핀은 상기 용융 스트림으로부터 열을 제거하도록 구성되며, 상기 냉각 지지 핀은 상기 팁 플레이트를 적어도 부분적으로 지지하며 상기 용융 스트림으로부터 열을 제거하도록 구성되며,
    상기 냉각 지지 핀은 본체, 및 상기 팁 플레이트를 적어도 부분적으로 지지하기 위하여 상기 본체 위쪽에 위치하는 지지 바를 포함하며, 상기 본체는 상기 지지 바를 유지하도록 구성되는 상부 개방형 채널을 가지며, 상기 통로는 냉각 유체의 공급물을 수용하도록 구성되는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀의 본체는 금속의 단일형 부재로 이루어지는 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀의 본체는 상기 냉각 지지 핀 높이의 적어도 약 50 ~ 약 90%를 차지하는 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 지지 바는 세라믹 소재로 이루어지는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 세라믹 소재는 알루미늄 산화물을 포함하는 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀의 개방형 상부 채널은 그 개방형 상부 채널에서 상기 지지 바의 일부를 고정하도록 구성되는 마주보는 측벽을 갖는 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀은 상기 팁 플레이트 아래쪽에서 균일하게 이격되어 있는 장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀은 상기 냉각 핀과 실질적으로 동일한 단면 폭을 갖는 장치.
  18. 피더의 팁 플레이트에 있는 오리피스로부터 용융 무기 소재의 스트림을 공급하는 단계;
    냉각 핀과 냉각 지지 핀을 사용하여 제어된 속도로 열을 제거하는 단계; 및
    상기 냉각 지지 핀으로 상기 팁 플레이트를 적어도 부분적으로 지지하는 단계를 포함하는, 용융 무기 소재의 스트림으로부터 연속적인 필라멘트를 제조하는 방법으로서,
    상기 냉각 지지 핀은 본체, 및 상기 팁 플레이트를 적어도 부분적으로 지지하기 위하여 상기 본체 위쪽에 위치하는 지지 바를 포함하며, 상기 본체는 상기 지지 바를 유지하도록 구성되는 개방형 상부 채널을 갖는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀의 아래쪽에 위치하는 통로가 냉각 유체의 공급물을 수용하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 냉각 지지 핀은 냉각 유체의 공급물을 수용하도록 구성되는 폐쇄형 하 부 채널을 포함하는 방법.
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