KR20130111970A - 이동하는 유리 시트의 적외선 가열 및/또는 냉각을 위한 방사 시준기 - Google Patents

이동하는 유리 시트의 적외선 가열 및/또는 냉각을 위한 방사 시준기 Download PDF

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Abstract

본 명세서에 기재된 유리 제조 시스템 및 그 방법은 실질적으로 스트레스가 없는 일정한 두께의 유리 시트를 만드는데 도움이 되도록 향상된 온도 제어 장치를 사용한다. 일 실시예에 있어서, 향상된 온도 제어 장치는 고 수준의 공간 분해능으로 유리 시트를 함께 냉각하는 방사 시준기와 온도 제어된 부재의 어레이를 포함하여, 상기 유리 시트에서의 스트레스를 감소시키고 상기 유리 시트의 두께를 제어한다.

Description

이동하는 유리 시트의 적외선 가열 및/또는 냉각을 위한 방사 시준기{RADIATION COLLIMATOR FOR INFRARED HEATING AND/OR COOLING OF A MOVING GLASS SHEET}
본 발명은 실질적으로 스트레스가 없는 일정한 두께의 유리 시트의 제조에 도움이 되도록 향상된(enhanced) 온도 제어 장치를 사용하는 유리 제조 시스템 및 방법에 관한 것이다.
LCD(liquid crystal display)와 같은 평탄한 패널 디스플레이에서 사용될 수 있는 유리 시트의 제조자는 두께가 일정하고 실질적으로 스트레스가 없는 유리 시트를 만들기 위하여, 유리 제조 시스템을 향상시키려고 계속 시도하고 있다.
이러한 유리 시트를 만들기 위해 유리 제조 시스템을 향상시키는 하나의 방법이 본원 발명의 명세서에 기재되어 있다.
(온도 제어된 부재 및 방사 시준기의 어레이를 포함하는) 향상된 온도 제어 장치, 유리 제조 시스템 및 유리 제조 방법이 본 출원의 독립청구항에 기재되어 있다. 향상된 온도 제어 장치, 유리 제조 시스템 및 유리 제조 방법의 유리한 실시예가 종속청구항에 기재되어 있다.
일 특징에 있어서, 본 발명은 유리 제조 시스템을 제공하며, 상기 유리 제조 시스템은: (a) 용융된 유리를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 용기; (b) 상기 용융된 유리를 수용하고 유리 시트를 성형하도록 구성된 성형 기기; (c) 상기 유리 시트의 폭을 가로질러 가열율이나 또는 냉각율을 제어하도록 구성된 온도 제어 장치; (d) 상기 유리 시트를 수용하고 인발하도록 구성된 인장 롤 조립체; 및 (e) 상기 유리 시트를 개별 유리 시트로 절단하도록 구성된 절단 기계를 포함한다. 온도 제어 장치는: (i) 제어기; (ii) 상기 제어기와 연결된 온도 제어된 부재의 어레이; 및 (iii) 상기 온도 제어된 부재와 상기 유리 시트 사이에 위치된 방사 시준기를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제어기는 각각의 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성되어, 상기 온도 제어된 부재 및 방사 시준기의 조합과 함께 상기 유리 시트의 스트레스를 감소시키고 및/또는 상기 유리 시트의 두께를 제어하기 위하여 고 수준의 공간 분해능으로 상기 유리 시트의 상이한 부분을 냉각하거나 또는 가열한다.
다른 한 특징에 있어서, 본 발명은 유리 제조 방법을 제공하며, 상기 유리 제조 방법은: (a) 용융된 유리를 성형하기 위하여 뱃치 재료를 용융하는 단계; (b) 유리 시트를 성형하기 위하여 상기 용융된 유리를 처리하는 단계; (c) 상기 유리 시트의 폭을 가로질러 가열율이나 또는 냉각율을 제어하기 위해 온도 제어 장치를 사용하는 단계; (d) 상기 유리 시트를 인발하는 단계; 및 (e) 상기 유리 시트를 개별 유리 시트로 절단하는 단계를 포함한다. 온도 제어 장치는: (i) 제어기; (ii) 상기 제어기와 연결된 온도 제어된 부재의 어레이; 및 (iii) 상기 온도 제어된 부재와 상기 유리 시트 사이에 위치된 방사 시준기를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제어기는 각각의 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성되어, 상기 온도 제어된 부재와 방사 시준기의 조합과 함께 유리 시트의 스트레스를 감소시키고 및/또는 상기 유리 시트의 두께를 제어하기 위하여 고 수준의 공간 분해능으로 상기 유리 시트의 상이한 부분을 냉각하거나 가열한다.
다른 일 특징에 있어서, 본 발명은 온도 제어 장치를 포함하며, 상기 온도 제어 장치는 재료의 가동부의 폭을 가로질러 가열율이나 또는 냉각율을 제어하도록 구성된다. 온도 제어 장치는: (a) 제어기; (b) 상기 제어기와 연결된 온도 제어된 부재의 어레이; 및 (c) 상기 온도 제어된 부재의 어레이와 재료의 가동부 사이에 위치된 방사 시준기를 포함한다. 방사 시준기는 다수의 셀을 포함하고 상기 다수의 셀에서 각각의 셀은 복수의 온도 제어된 부재에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 개방 채널을 구비하고, 그리고 상기 각각의 셀은 재료의 가동부의 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향에 있는 벽부를 구비한다. 일 실시예에 있어서, 제어기는 각각의 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성되어, 상기 온도 제어된 부재와 방사 시준기의 조합과 함께 고 수준의 공간 분해능으로 재료의 부품의 상이한 부분을 가열하거나 또는 냉각한다.
발명의 부가적인 특징이 아래의 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 부분적으로 설명되어 있고, 본 발명을 실시함으로써도 알 수 있을 것이다. 상기 기재된 일반적인 설명과 아래의 상세한 설명은 단지 예시적인 것으로서 본 발명이 이들 개시된 사항만으로 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 아래의 상세한 설명을 참조한다면 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따라 유리 시트를 제조하기 위하여 융합 공정 및 향상된 온도 제어 장치를 사용하는 일례의 유리 제조 시스템의 개략적인 도면이고;
도 1b는 도시된 유리 제조 시스템의 부품인 성형 기기, 향상된 온도 제어 장치, 및 인장 롤 조립체의 사시도이고;
도 2a - 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 온도 제어 장치를 보다 상세하게 도시한 3개의 다이어그램이고;
도 3은 향상된 온도 제어 장치의 사용과 관련된 장점을 설명하는데 도움이 되도록 사용된 복사 형상 계수 함수 Fi(x,y)의 도면이고;
도 4는 향상된 온도 제어 장치의 작동을 설명하는데 도움이 되도록 사용된 개략적인 도면이며;
도 5 - 도 6은 향상된 온도 제어 장치를 테스트하도록 유도된 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 1a-도 1b를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따라 유리 시트(138)를 제조하기 위하여, 융합 공정 및 향상된 온도 제어 장치(102)를 사용하는 일례의 유리 제조 시스템(100)의 상이한 도면이 도시되어 있다. 본 명세서에 기재된 유리 제조 시스템(100)이 유리 시트(138)를 만들기 위하여 융합 공정을 사용할지라도, 온도 제어 장치(102)가 임의의 타입의 상기 유리 제조 시스템 내에 통합될 수 있고 상기 유리 제조 시스템으로써 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 온도 제어 장치(102)가 융합 인발, 슬롯 인발, 하향 인발, 또는 연속의 유리 시트 성형 공정을 사용하는 임의의 여러 유리 시트 성형 방법과 관련하여 사용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 온도 제어 장치(102)가 제한된 방식으로 해석되지 않을 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 일례의 유리 제조 시스템(100)은 용융 용기(110), 정제 용기(115), 혼합 용기(120)(예를 들면, 교반 챔버(120)), 이송 용기(125)(예를 들면, 보울(125, bowl)), 성형 기기(112)(예를 들면, 아이소파이프(112, isopipe)), 향상된 온도 제어 장치(102), 인장 롤 조립체(135), 및 유리 시트 분리 장치(140)를 포함한다. 전형적으로, 정제 용기(115), 혼합 용기(120) 및 이송 용기(125)는 플래티늄-로듐, 플래티늄-이리듐 및 이들의 조합과 같은 플래티늄 또는 플래티늄-함유 금속으로 만들어질 수 있으나, 그러나 또한 몰리브덴, 팔라듐, 레늄, 탄탈, 티타늄, 텅스텐, 또는 이들의 합금과 같은 여러 내화 금속을 포함할 수 있다. 성형 기기(112)는 지르콘으로 전형적으로 만들어진다.
용융 용기(110)는 유리 뱃치 재료가 화살표 109로 도시된 바와 같이 안내되고 용융된 유리(126)를 성형하도록 용융되는 곳이다. 정제 용기(115)(예를 들면, 정제기 관(115))은 고 온도 처리 영역을 구비하고 상기 처리 구역은 용융 용기(110)로부터의 내화 관(113)을 통해 용융된 유리(126)(이 지점에서는 도시 생략됨)를 수용하며 상기 처리 구역에서 용융된 유리(126)로부터 거품이 제거된다. 정제기인 정제 용기(115)는 교반 챔버 연결 관(122)에 의해 혼합 용기(120)(예를 들면, 교반 챔버(120))와 연결된다. 교반 챔버인 혼합 용기(120)는 연결 관(127)을 통해 이송 용기(125)와 연결된다. 이송 용기(125)는 용융된 유리(126)를 다운커머(129)를 통해 유입구(132)로 그리고 성형 기기(112) 내로 이송한다. 성형 기기(112)는 용융된 유리(126)를 수용하는 유입구(136)를 포함하며 상기 용융된 유리는 트로프(137)로 유동한 이후에 오버플로하여 루트(139)라 알려진 곳에서 함께 융합하기 전에 2개의 측면(128' 및 128'') 아래로 흐른다. 루트(139)는 2개의 측면(128' 및 128'')이 함께 만나고 용융된 유리(126)의 2개의 오버플로 벽부가 합쳐져(예를 들면, 재융합하여) 하향 이동 유리 시트(138)(유리 리본(138))를 성형하는 곳이다.
온도 제어 장치(102)는 제어기(148) 및 프레임(150)을 포함하고, 여기서 상기 프레임(150)은 온도 제어된 부재(132)(예를 들면, 저항식으로 가열된 온도 제어된 부재(132))의 어레이와 방사 시준기(152)를 지지한다(도 1b 참조). 제어기(148)는 각각의 온도 제어된 부재(132)의 온도를 조정하여, 상기 온도 제어된 부재(132)와 방사 시준기(152) 조합과 함께 유리 시트(138)의 스트레스를 감소시키고 상기 유리 시트(138)의 두께를 제어하기 위하여, 고 수준의 공간 분해능으로 하향 이동 유리 시트(138)의 상이한 부분을 냉각하거나 또는 가열한다(도 1b 참조). 프레임(150)은 방사 시준기(152) 및 온도 제어된 부재(132)의 어레이가 하향 이동 유리 시트(138)의 총 폭을 가로질러 뻗어있는 방식으로 융합 성형 기계(도시 생략)에 부착된다. 일례의 온도 제어 장치(102)에 대한 상세한 기재가 도 2 - 도 6과 관련하여 아래 제시되어 있다.
인장 롤 조립체(135)는 2개의 압연 롤(149a 및 149b)을 구비하고 상기 압연 롤 사이에서 하향 이동 유리 시트(138)가 인발된다(도 1b 참조). 인장 롤 조립체(135)는 하향 이동 유리 시트(138)의 두께를 제어하는데 또한 도움이 된다. 이후, 기계적인 스코어링 장치(142)(예를 들면, 스코어링 휠(142))와 노우징 장치(144)를 포함할 수 있는 유리 시트 분리 장치(140)가 하향 이동 유리 시트(138)를 기계적으로 스코어하도록 사용되어 유리 시트(138')를 별도의 부분으로 분리시킬 수 있다.
도 1b를 살펴보면, 온도 제어된 부재(132) 및 방사 시준기(152)를 구비한 프레임(150)이 성형 기기(112) 및 인장 롤 조립체(135) 아래에 위치되어 도시되어 있다. 그러나, 온도 제어된 부재(132) 및 방사 시준기(152)를 구비한 프레임(150)은 인장 롤 조립체(135) 및 유리 시트 분리 장치(140) 사이에도 또한 위치될 수 있다. 실제로, 다수의 프레임(150)이 있을 수 있으며, 각각의 프레임은 유리 제조 시스템(100)에서의 상이한 위치에 위치된 방사 시준기(152) 및 온도 제어된 부재(132)의 어레이를 구비한다. 필요하다면, 온도 제어된 부재(132)의 단지 하나의 어레이를 포함한 하나 이상의 프레임이 유리 제조 시스템(100)에서의 하나 이상의 위치에서 사용될 수 있어, 하향 이동 유리 시트(138)의 폭과 길이를 가로지른 온도 분포를 제어하는데 더욱 도움이 된다.
도 2a - 도 2c를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 온도 제어 장치(102)가 이들 도면에 상세하게 도시되어 있다. 온도 제어 장치(102)는 온도 제어된 부재(132) 및 방사 시준기(152)를 지지하는 프레임(150)과 제어기(148)를 포함한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 온도 제어된 부재(132)는 서로 옆에 정렬되고 방사 시준기(152)가 상기 온도 제어된 부재(132)에 인접하여 위치되거나 또는 상기 시준기로부터 멀리 적어도 작은 거리로 이격되어 위치된다. 방사 시준기(152)는 셀(154)의 어레이를 포함하고 상기 어레이에서 각각의 셀(154)은 온도 제어된 부재(132)의 면에 대해 실질적으로 수직한 방향(또는 다른 방향)에 있는 개방 채널(156)을 구비한다. 각각의 셀(154)은 또한 하향 이동 유리 시트(138)의 이동에 대해 실질적으로 평행한 방향(또는 다른 방향)에 있는 벽부(158)를 구비한다(도 4 참조). 더욱이, 하나 이상의 셀(154)은 하향 이동 유리 시트(138)의 이동에 대해 실질적으로 수직한 방향(또는 다른 방향)인 벽부(160)를 구비할 수 있다. 유리 시트(138)의 이동에 직교하는 방향의 벽부(160)는, 유리 기판(138)의 이송 방향에서의 고 분해능 제어의 적외선 냉각율이나 또는 가열율을 가지는 것이 유리하다면 바람직할 수 있는, 상기 유리 시트(138)의 이송 방향에서의 공간 분해능을 증가시킨다. 필요하다면, 온도 제어된 부재(132)가 텍스쳐 표면(textured surface)을 구비할 수 있다. 이러한 특별한 실시예에 있어서, 방사 시준기(152)는 온도 제어된 부재(132)의 1 x 13 어레이로부터 작은 거리로 이격되어 위치된 셀(154)의 1 - 100 어레이를 구비한다.
작동 중에, 제어기(148)(예를 들면, 프로세서(148a) 및 메모리(148b))가 각각의 온도 제어된 부재(132)의 온도를 제어하여, 상기 온도 제어된 부재(132) 및 방사 시준기(152)의 조합이 하향 이동 유리 시트(138)의 폭을 가로지른 온도 분포를 정확하게 제어할 수 있다. 하향 이동 유리 시트(138)의 폭을 가로지르는 온도 분포의 정확한 제어는 융합 성형 공정의 특성에 따라 결정되는 것이 바람직하며, 상기 융합 성형 공정에 있어서 고 주파수 온도 변화가 상기 유리 시트(138)의 유동에 수직한 방향으로 발생하고 그리고 이러한 온도 변화에 의해 마감처리된 유리 시트(138)가 LCD 분야와 같은 디스플레이 분야에서 그 성능에 악 영향을 미칠 것이라고 고려되지 않는 가변 지연(varying retardance)의 밴드(band)(스트레스)를 갖게 한다. 따라서, 고 수준의 공간 분해능으로 유리 시트(138)를 냉각(또는 가열)함으로서 온도 제어된 부재(132) 및 방사 시준기(152)의 조합은 융합 성형 공정에 의한 다양한 온도 변화를 없앨 수 있고 가변 지연 밴드가 반드시 없는 유리 시트(13)(예를 들면, LCD 유리 시트(138)) 제조를 가능하게 한다.
향상된 온도 제어 장치(102)는 또한 방사 시준기(152)가 하향 이동 유리 시트(138)로부터 멀리 특정 거리로 배치될 수 있는 곳에서 바람직한 특징부를 구비하는 한편으로 상기 하향 이동 유리 시트(138)의 폭을 가로지른 온도 분포를 여전히 정확하게 제어할 수 있다. 시동 작동 동안에 유리 시트(138)에 대한 클리어런스가 가능하고 정상 작동 동안에 상기 유리 시트(138)의 이동할 수 있도록, 상기 유리 시트(138)와 방사 시준기(152) 사이에 적어도 50 mm의 공간이 존재하기 때문에, 융합 성형 공정에서, 상기와 같은 구성은 중요하다. 이와 관련하여, 온도 제어된 부재(132)가 하향 이동 유리 시트(138)의 냉각이나 또는 가열을 필요한 공간 분해능으로 제어하는데 사용될 수 있게 하기 위하여, 각각의 셀(154)과 관련된 벽부(158)의 길이와 개방 채널(156)의 공간의 크기가 형성되도록, 방사 시준기(152)가 설계될 수 있다. 예를 들면, 개별적으로 냉각되거나 가열될 수 있는 유리 시트(138)의 특정 섹션의 폭에 대응하는 필요한 공간 분해능은 대략 75 mm일 수 있거나, 또는 바람직하게는 대략 50 mm일 수 있거나, 또는 더욱 바람직하게는 대략 20 mm일 수 있다.
본 명세서의 기재는 향상된 온도 제어 장치(102)와 특히 온도 제어된 부재(132)와 방사 시준기(152)가 어떻게 (예를 들면) 이동하는 유리 시트(138)나 또는 이와 관련하여 임의의 여러 기판이나 재료의 여러 부분의 냉각을 제어하도록 구성되고 사용될 수 있는지를 아래에서 더욱 상세하게 설명하기 위해 제공된다. 첫째로, 방사 시준기(152) 없이도 평탄한 온도 제어된 부재(132)의 선형 어레이를 지나 이동하는 고온의 평탄한 유리 시트(138)(예를 들면, 기판(138))가 고려된다. 각각의 온도 제어된 부재(132)가 상이한 온도로 유지되어 상이한 냉각을 유리 시트(138)에 제공할 수 있다. 아래와 같이 변수가 정의된다:
W 이동 방향에 수직한 유리 시트(138)의 폭
Ts 일정하다고 가정된 유리 시트(138)의 온도
wi 온도 제어된 부재(132)를 냉각하는 i 번째의 폭
Ti 온도 제어된 부재(132)를 냉각하는 i 번째의 온도
h 모두 동일하다고 가정된, 냉각되는 온도 제어된 부재(132)의 높이
x 유리 시트(138)의 폭을 가로지른 방향의 좌표축
y 냉각되는 온도 제어된 부재(132)의 중심에서 y = 0인, 유리 시트(138) 이동 방향의 좌표축
xi i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)의 중심에서의 x 좌표축 값
yi i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)의 중심에서의 y 좌표축 값
△z 냉각 온도 제어된 부재(132)의 어레이와 유리 시트(138) 사이의 평균 거리
유리 시트(138) 상의 위치(x, y)에서의 i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)와 미분 소자 사이의 복사 형상 계수(radiation view factor)는 상기 유리 시트(138)의 미분 소자가 되는 i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)를 떠나는 복사 에너지의 부분(fraction)으로 정의된다. 함수 Fi(x,y)는 미분 소자의 영역으로 나뉘어진 유리 시트(138) 상에서의 i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)와 상기 미분 소자 사이의 복사 형상 계수로 본 발명에서 정의된다. 함수 Fi(x,y)는 아래 식과 같이 주어진다:
Figure pct00001
복사 형상 계수 함수 Fi(x,y)는 도 3에서 플롯된 시뮬레이션에 대한 여러 설명을 위한 값을 가지며, 여기서 xi= 0, △z= 0.200 m, wi= 0.025 m, h= 0.1 m이다. 이러한 플롯에 있어서, 라인(302)은 Fi(x,0)와 관련되고, 라인(304)은 Fi(x,0.1)와 관련되며, 그리고 라인(306)은 Fi(x,0.2)와 관련된다. x-축선 및 y-축선의 좌표축 모두는 미터 단위이다.
유리 시트(138)으로부터 i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)까지의 복사 열 플럭스(단위 면적 당 복사력)가 아래와 같이 주어진다:
Figure pct00002
이러한 플럭스는 유리 시트(138)의 온도가 i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)보다 더 높은 경우에는 이동하는 유리 시트(138)를 냉각한다. i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)의 온도가 유리 시트(138)의 온도보다 더 높다면, 이후 상기 유리 시트(138)가 가열될 것이고 그리고 i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)가 가열 소자로 지시될 수 있다. 상기 식에서 σ는 스테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann) 상수이고, es는 유리 시트(138)의 방사율이고, ei는 i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)의 방사율이고, 그리고 모든 표면이 복사를 위한 회색체이도록 가정된다. 유리 시트(138) 상에서의 임의의 지점으로부터의 총 복사 열 플럭스가 모든 개별 냉각 소자 플럭스의 합이다.
도 3에 있어서, i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)의 냉각 효과의 폭은 i 번째 냉각 온도 제어된 부재(132)의 폭(wi)보다 상당히 더 크다는 것을 알 수 있다. 따라서, 냉각되는 온도 제어된 부재(132)가 유리 시트(138)에 보다 가깝게 이동됨으로서 상기 유리 시트(138) 상에서의 유효 폭의 냉각 효과의 감소를 초래할 것이다. 그러나, 융합 공정과 같은 많은 분야에서 요구되는 공간 분해능을 얻기 위하여 냉각되는 온도 제어된 부재(132)를 유리 시트(138)에 충분히 가깝게 이동시키는데 실용적이지 못하다. 예를 들면, 50 mm의 공간 분해능이 요구된다면, 이후 냉각되는 온도 제어된 부재(132)는, 융합 공정과 관련하여 상기 기재된 바와 같이 유리 시트(138)에 바람직하지 못하게 근접하는 유리 시트(138)로부터 대략 30 mm 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 이러한 문제점은 방사 시준기(152)를 부가하고 상기 방사 시준기(152)를 냉각되는 온도 제어된 부재(132)와 유리 시트(138) 사이에 배치함으로써 해결된다. 방사 시준기(152)가 적어도 융합 공정에 사용되어 유리 시트(138)의 이동에 수직한 방향으로 냉각의 공간 분해능을 증가시킨다. 따라서, 본 명세서의 기재가 도 3의 플롯에서의 h = ∞ 세팅은 형상 계수의 값을 변경시키지만 x 방향으로 변경된 형상을 변경시키지 않기 때문에, 대단히 고 온도 제어된 부재(132)에 기초할 수 있다. 본 발명에서의 분석이 높이, 즉 y 방향에서 무한 정도로 방사 시준기(152) 및 냉각 온도 제어된 부재(132)에 대해 행해질지라도, 융합 성형 분야에 사용된 상기 방사 시준기(152) 및 냉각되는 온도 제어된 부재(132)는 대략 50 - 400 mm의 범위의 정도로 유한 높이를 통상적으로 갖는다. 도 4에는 방사 시준기(152)가 냉각되는 온도 제어된 부재(132)와 유리 시트(138) 사이에 제공될 때, 어떻게 작동하는지를 나타내기 위하여 제공되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수직 방향에 가깝거나 상기 수직 방향에 수직하여 유리 시트(138)를 떠나는 레이(402)가 하나 이상의 냉각되는 온도 제어된 부재(132)에 의해 수신되기 전에, 방사 시준기(152)에서의 개방 채널(156)을 직접적으로 통과할 것이다. 이와 달리, 경사진 방향으로 유리 시트(138)를 떠나는 레이(404)가 종국에는 냉각되는 온도 제어된 부재(132)에 도달하기 전에 방사 시준기(152)의 벽부(158)에 의해 다수 회 반사될 수 있다. 선택적으로, 유리 시트(138)로부터 경사져 떠나는 레이(404)가 공정 조건에 따라 벽부(158)를 가열하거나 냉각하도록 방사 시준기(152)에 의해 흡수될 수 있다. 어느 한 경우에 있어서, 방사 시준기(152)는 지연 밴드(스트레스)가 거의 없거나 전혀 없는 유리 시트(138)를 초래하는 상기 유리 시트(138)의 이동에 수직한 방향에서의 냉각 공간 분해능을 증가시킨다.
방사 시준기(152)의 크기는, 셀(154)에서의 개방 채널(156)의 폭 방향 간격이 냉각되는 온도 제어된 부재(132)의 공간 분해능을 증가시킬 때, 그 유효성을 감소시키기 때문에 중요하다. 더욱이, 짧은 벽부(158)를 갖는 셀(154)은 방사 시준기(152)의 유효성을 감소시켜 냉각되는 온도 제어된 부재(132)의 공간 분해능을 증가시킨다. 그러나, 길고 폭이 좁은 셀(154)은 전반적인 단열 효과를 가져서 밸런스가 냉각되는 온도 제어된 부재(132)의 공간 분해능을 증대시키면서 냉각을 허용하는 사이에 균형이 맞춰질 필요가 있다. 이러한 사항(tradeoff)을 평가하기 위하여, 소프트웨어 패키지 플루엔트(Fluent)가 여러 예시적인 시뮬레이션을 실행하도록 사용되었으며, 이 시뮬레이션에 대한 결과가 도 5 - 도 6에 도시되어 있다.
도 5를 살펴보면, 상기 도면은 온도 제어된 부재(132)로부터 401 mm 위치되고 방사 시준기(152)로부터 200 mm 위치된 25 mm 폭의 온도 제어된 부재(132)와 1 m 폭의 유리 시트(138)(시뮬레이트된 기판(138))를 사용할 때, ℃의 온도 분포를 전반적으로 나타낸 플루엔트 시뮬레이션을 나타낸 다이어그램이다. 시뮬레이션에 있어서, 방사 시준기(152)로부터 유리 시트(138)까지의 거리가 일정하게 유지되고 상기 방사 시준기(152)의 길이가 변경되어, 온도 제어된 부재(132)가 유리 시트(138)로부터 상이한 거리로 배치된다. 이러한 특별한 시뮬레이션에 있어서, 기판(238)은 1100 ℃인 한편으로 온도 제어된 부재(132)는 중앙의 온도 제어된 부재(132')가 1000 ℃ 되도록 시뮬레이트 되었다는 것을 제외하고는 1100 ℃일 것이다. 방사 시준기(152)를 사용함으로써 야기된 냉각 공간 분해능의 향상과 관련하여 이러한 플루엔트 시뮬레이션 결과에 대한 상세한 기재가 제공된다.
도 6을 살펴보면, 상기 도 6에는 방사 시준기(152)의 존재가 시뮬레이트된 기판(138) 상에서의 냉각 공간 분해능을 어떻게 향상시킨다는 것을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 이러한 그래프에 있어서, 시뮬레이트 된 기판(138)으로부터의 복사 플럭스는 수개의 상이한 외형의 방사 시준기(152)에 대해 플롯된다. 특히, y-축선은 기판 플럭스 (W/m2)을 나타내고, x-축선은 기판(138) 상의 공간 거리(미터)를 나타내고, 그리고 상이한 외형의 방사 시준기(152)에 기초한 수개의 상이한 플럭스는 다음과 같다: (1) 라인(602)은 상기 방사 시준기(152)가 1 mm 폭의 개방 채널(156)과 50 mm 긴 벽부(158)를 구비할 때의 플럭스를 나타내고; (2) 라인(604)은 상기 방사 시준기(152)가 5 mm 폭의 상기 개방 채널(156)과 100 mm 긴 상기 벽부(158)를 구비할 때의 플럭스를 나타내고; (3) 라인(606)은 상기 방사 시준기(152)가 5 mm 폭의 상기 개방 채널(156)과 200 mm 긴 상기 벽부(158)를 구비할 때의 플럭스를 나타내고; 그리고 (4) 라인(608) 상기 방사 시준기(152)가 없을 때의 플럭스를 나타낸다. 이러한 시뮬레이션에 있어서, 그리드(셀(154))는 방사율 0.4를 갖는 발산 특성을 구비하고, 방사 시준기(152)는 온도 제어된 부재(132)로부터 1mm 이격되어 있다.
도 6에 있어서, 방사 시준기(152)의 향상된 냉각 공간 분해능과 단열 효과를 용이하게 살펴볼 수 있다. 이들 여러 결과로부터, 방사 시준기(152)의 셀(154)에서의 벽부(158)의 깊이와 개방 채널(156)의 간격 사이의 대략 10 - 50의 비는 과도한 단열 없이도 필요한 공간 분해능 향상을 가능하게 하는 좋은 타협책임을 나타낸다. 더욱이 도 6에서의 데이터는, 50 mm 깊은 벽부(158) 및 1 mm 폭의 셀(154)을 갖는 방사 시준기(152)를 갖는 기판(138)으로부터 200 mm 위치된 냉각 온도 제어 부재(132)의 어레이는 상기 방사 시준기(152)가 없는 상기 기판(138)으로부터 30 mm 위치된 동일한 상기 냉각 온도 제어된 부재(132)에 대해 유사한 공간 분해능을 가질 수 있다는 것을 나타낸다. 이러한 경우에 있어서, 방사 시준기(152)의 사용에 의해 30 mm 내지 200 mm 범위의 기판 클리어런스가 증가될 것이다. 따라서, 방사 시준기(152)는 주어진 공간 냉각 분해능에서의 기판(138)에 대한 보다 상당히 큰 클리어런스를 가능하게 한다.
방사 시준기(152)에 사용된 재료의 특성은 또한 분해능 향상 특성 및 그 단열 특성에 대한 그 유효성에 영향을 받을 것이다. 일반적으로, 방사 시준기(152)는 보다 낮은 방사율을 갖는 재료를 통합하고 있어 단열성 저하 및 저 분해능의 향상을 초래할 것이다. 그러나, 설계 시뮬레이션이 플루엔트 시뮬레이션 소프트웨어나 또는 다른 시뮬레이션 소프트웨어로 행해질 수 있어, 특정 분야에 따른 방사 시준기(152)에 대한 최적의 재료 특성과 외형(geometry)을 결정한다. 본 명세서에 개시된 시뮬레이션 결과는 방사 시준기(152)가 또한 특히 유리 처리 분야에 잘 적용되는 압출된 세라믹 재료 및 금속 포일로 만들어질 때, 평탄한 유리 시트(132)의 융합 성형을 포함하는 분야에 대해서도 바람직한 특징이 용이하게 달성된다는 것을 나타낸다.
상기 기재로부터, 당업자라면 본 발명의 일 실시예는 유리 시트(138)와 분리된 가열 및/또는 냉각 부재(132)의 어레이를 구비한 온도 제어 장치(102)를 포함하고, 상기 유리 시트는 상기 가열 및/또는 냉각 부재(132)의 면에 수직한 방향으로 많은 직선형 그리고 개방 채널(156)을 구비한 방사 시준기(152)에 의해 가열 또는 냉각된다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 방사 시준기(152)는 압출된 촉매 컨버터 기판과 유사한 개방 채널(254)을 구비할 수 있다. 방사 시준기(152)는 가열 및 냉각 부재(132)로부터 어느 거리에서 유리 시트(132)의 폭을 가로지른 공간적으로 분해된 가열 및 냉각을 가능하게 한다. 필요하다면, 방사 시준기(152)는 다양한 가열 및 냉각 부재(132)로 사용될 수 있고, 복사가 유리 시트(138)와 상당한 부분의 가열 또는 냉각 플럭스(flux)에 영향을 미친다면 상기 부재는 임의의 갯수 및 간격을 가질 것이다.
본 명세서의 기재는 유리 시트(132)를 성형하기 위하여 융합 공정을 포함하는 분야에서 향상된 온도 제어 장치(102)를 사용하는 것에 기초한다. 융합 공정 자체에 대한 더욱 상세한 기재를 위하여 본 출원인과 동일한 출원인의 미국특허 제3,338,696호 및 제3,682,609호(참조를 위해 본 발명의 명세서에 그 내용이 모두 통합되어 있음)를 참조하기 바란다. 그러나, 향상된 온도 제어 장치(102)는 재료에 매우 가까운 가열 소자 및/또는 냉각 소자가 요구되지 않는 재료의 일부의 공간 분해능 가열 및/또는 냉각을 필요로 하는 임의의 공정에 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 수개의 실시예가 아래 첨부된 도면에 도시되어 있고 상기 상세한 설명에 기재되어 있을지라도, 본 발명이 개시된 실시예로만 한정되지 않고, 아래 첨부된 청구범위로 정의되고 설명된 바와 같은 본 발명의 범주 내에서 여러 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한 본 명세서에서 사용된 "본원 발명" 또는 "본 발명"이라는 용어는 실시예에 관한 것으로서 첨부된 청구범위에 포함되는 모든 실시예에 관한 것이 아님을 알 수 있을 것이다.
C1. 유리 제조 시스템으로서, 상기 유리 제조 시스템은: 용융된 유리를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 용기; 상기 용융된 유리를 수용하는 유리 시트를 성형하도록 구성된 성형 기기; 상기 유리 시트의 폭을 가로질러 가열율이나 또는 냉각율을 제어하도록 구성된 온도 제어 장치; 상기 유리 시트를 수용하고 인발하도록 구성된 인장 롤 조립체; 및 상기 유리 시트를 개별 유리 시트로 절단하도록 구성된 절단 기계를 포함하고, 상기 온도 제어 장치는 제어기; 상기 제어기와 연결된 복수의 온도 제어된 부재; 및 상기 유리 시트 및 복수의 온도 제어된 부재 사이에 위치된 방사 시준기;를 포함한다.
C2. C1의 유리 제조 시스템에 있어서, 상기 방사 시준기는 복수의 셀을 포함하고 상기 복수의 셀에서 각각의 셀은 복수의 온도 제어된 부재에 대해 실질적으로 수직한 방향의 개방 채널을 구비하고, 각각의 셀은 상기 유리 시트의 이동에 대해 실질적으로 평행한 방향인 벽부를 구비한다.
C3. C2의 유리 제조 시스템에 있어서, 적어도 하나의 상기 셀은 또한 상기 유리 시트의 이동에 대해 실질적으로 수직한 방향인 벽부를 구비한다.
C4. C2의 유리 제조 시스템에 있어서, 상기 제어기는 각각의 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성되어, 방사 시준기와 온도 제어된 부재의 조합이 상기 유리 시트의 상이한 부분을 필요한 공간 분해능으로 가열하거나 냉각하여 상기 유리 시트의 스트레스를 감소시키고 두께를 제어한다.
C5. C4의 유리 제조 시스템에 있어서, 상기 필요한 공간 분해능은 대략 75 mm이다.
C6. C4의 유리 제조 시스템에 있어서, 상기 필요한 공간 분해능은 대략 50 mm이다.
C7. C4의 유리 제조 시스템에 있어서, 상기 필요한 공간 분해능은 대략 20 mm이다.
C8. C2의 유리 제조 시스템에 있어서, 상기 각각의 셀은 공간을 갖는 개방 채널과 길이를 갖는 벽부를 구비하고, 상기 공간 및 상기 길이는 대략 10 - 50의 비율에 따라 크기가 각각 형성된다.
C9. C1의 유리 제조 시스템에 있어서, 상기 방사 시준기는 상기 유리 시트로부터 적어도 50 mm 떨어져 위치된다.
C10. C1의 유리 제조 시스템에 있어서, 복수의 온도 제어된 부재 및 방사 시준기는 성형 기기와 인장 롤 조립체 사이에 위치된다.
C11. C1의 유리 제조 시스템에 있어서, 복수의 온도 제어된 부재 및 방사 시준기는 인장 롤 조립체와 절단 기계 사이에 위치된다.
C12. C1의 유리 제조 시스템에 있어서, 상기 온도 제어 장치는 복수의 온도 제어된 부재 및 방사 시준기를 지지하는 프레임을 더 포함한다.
C13. C1의 유리 제조 시스템에 있어서, 다수 세트의 복수의 온도 제어된 부재 및 방사 시준기를 더 포함한다.
C14. 유리 시트 제조 방법으로서, 상기 유리 시트 제조 방법은: 용융된 유리를 성형하기 위해 뱃치 재료를 용융하는 단계; 상기 유리 시트를 성형하기 위해 상기 용융된 유리를 처리하는 단계; 상기 유리 시트의 폭을 가로질러 가열율이나 또는 냉각율을 제어하기 위해 온도 제어 장치를 사용하는 단계; 상기 유리 시트를 인발하는 단계; 및 상기 유리 시트를 개별 유리 시트로 절단하는 단계;를 포함하고, 상기 온도 제어 장치는: 제어기, 상기 제어기와 연결된 복수의 온도 제어된 부재; 및 상기 유리 시트와 복수의 온도 제어된 부재 사이에 위치된 방사 시준기;를 포함한다.
C15. C14의 방법에 있어서, 상기 방사 시준기는 복수의 셀을 포함하고 상기 복수의 셀에서 각각의 셀은 복수의 온도 제어된 부재에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 개방 채널을 구비하고, 각각의 셀은 상기 유리 시트의 이동에 대해 실질적으로 평행한 방향인 벽부를 구비한다.
C16. C15의 방법에 있어서, 적어도 하나의 상기 셀은 또한 상기 유리 시트의 이동에 대해 실질적으로 수직한 방향인 벽부를 구비한다.
C17. C15의 방법에 있어서, 상기 제어기는 각각의 상기 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성되어, 상기 방사 시준기와 상기 온도 제어된 부재의 조합이 상기 유리 시트의 상이한 부분을 필요한 공간 분해능으로 가열하거나 냉각하여 상기 유리 시트의 스트레스를 감소시키고 두께를 제어한다.
C18. C15의 방법에 있어서, 각각의 셀은 공간을 갖는 개방 채널과 길이를 갖는 벽부를 구비하고, 이 경우 상기 공간 및 상기 길이는 대략 10 - 50의 비율에 따라 크기가 각각 형성된다.
C19. C15의 방법에 있어서, 온도 제어 장치는 복수의 온도 제어된 부재 및 방사 시준기를 지지하는 프레임을 더 포함한다.
C20. 재료의 가동부의 폭을 가로질러 가열율이나 또는 냉각율을 제어하도록 구성된 온도 제어 장치로서, 상기 온도 제어 장치는 제어기; 상기 제어기와 연결된 복수의 온도 제어된 부재; 및 복수의 온도 제어된 부재와 재료의 가동부 사이에 위치된 방사 시준기를 포함하고, 상기 방사 시준기는 복수의 셀을 포함하고 상기 복수의 셀에서 각각의 셀은 복수의 온도 제어된 부재에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 개방 채널을 구비하고, 각각의 셀은 재료의 가동부의 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향인 벽부를 구비한다.
C21. C20의 방법에 있어서, 상기 제어기는 각각의 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성되어, 상기 방사 시준기와 상기 온도 제어된 부재의 조합이 상기 유리 시트의 상이한 부분을 필요한 공간 분해능으로 가열하거나 냉각하여 상기 유리 시트의 스트레스를 감소시키고 두께를 제어한다.

Claims (21)

  1. 유리 제조 시스템으로서,
    용융된 유리를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 용기;
    상기 용융된 유리를 수용하고 유리 시트를 성형하도록 구성된 성형 기기;
    상기 유리 시트의 폭을 가로질러 가열율이나 또는 냉각율을 제어하도록 구성된 온도 제어 장치;
    상기 유리 시트를 수용해 인발하도록 구성된 인장 롤 조립체; 및
    상기 유리 시트를 개별 유리 시트로 절단하도록 구성된 절단 기계를 포함하고,
    상기 온도 제어 장치는:
    제어기,
    상기 제어기와 연결된 복수의 온도 제어된 부재; 및
    복수의 온도 제어된 부재와 상기 유리 시트 사이에 위치된 방사 시준기를 포함하는 유리 제조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사 시준기는 복수의 셀을 포함하고, 상기 복수의 셀에서 각각의 셀은 복수의 온도 제어된 부재에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 개방 채널을 구비하고, 각각의 셀은 상기 유리 시트의 이동에 대해 실질적으로 평행한 방향인 벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    적어도 하나의 상기 셀은 또한 상기 유리 시트의 이동에 대해 실질적으로 수직한 방향인 벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 방사 시준기 및 상기 온도 제어된 부재의 조합이 상기 유리 시트의 스트레스를 감소시키고 그 두께를 제어하도록 상기 유리 시트의 상이한 부분을 필요한 공간 분해능으로 가열하거나 냉각하기 위하여, 각각의 상기 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 필요한 공간 분해능은 대략 75 mm인 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 필요한 공간 분해능은 대략 50 mm인 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 필요한 공간 분해능은 대략 20 mm인 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  8. 청구항 2에 있어서,
    각각의 셀은 공간을 갖는 개방 채널과 길이를 갖는 벽부를 구비하고, 이 경우 상기 공간 및 상기 길이는 대략 10 - 50의 비에 따라 각각 크기가 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사 시준기는 상기 유리 시트로부터 적어도 50 mm 떨어져 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    복수의 온도 제어된 부재 및 상기 방사 시준기는 상기 성형 기기와 상기 인장 롤 조립체 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 온도 제어된 부재 및 상기 방사 시준기는 상기 인장 롤 조립체와 상기 절단 기계 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 제어 장치는 상기 복수의 온도 제어된 부재와 상기 방사 시준기를 지지하는 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    다수 세트의 상기 복수의 온도 제어된 부재 및 상기 방사 시준기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  14. 유리 시트 제조 방법으로서,
    용융된 유리를 성형하기 위해 뱃치 재료를 용융시키는 단계;
    상기 유리 시트를 성형하기 위해 상기 용융된 유리를 처리하는 단계;
    상기 유리 시트의 폭을 가로지른 가열율이나 또는 냉각율을 제어하기 위하여 온도 제어 장치를 사용하는 단계;
    상기 유리 시트를 인발하는 단계; 및
    상기 유리 시트를 개별 유리 시트로 절단하는 단계를 포함하고,
    상기 온도 제어 장치는:
    제어기;
    상기 제어기와 연결된 복수의 온도 제어된 부재; 및
    상기 유리 시트와 상기 복수의 온도 제어된 부재 사이에 위치된 방사 시준기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 방사 시준기는 복수의 셀을 포함하고 상기 복수의 셀에서 각각의 셀은 복수의 온도 제어된 부재에 대해 실질적으로 수직한 방향의 개발 채널을 구비하고, 그리고 각각의 셀은 상기 유리 시트의 이동에 대해 실질적으로 평행한 방향인 벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    적어도 하나의 상기 셀은 또한 상기 유리 시트의 이동에 대해 실질적으로 수직한 방향인 벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 제조 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 방사 시준기 및 상기 온도 제어된 부재의 조합이 상기 유리 시트의 스트레스를 감소시키고 그 두께를 제어하도록 상기 유리 시트의 상이한 부분을 필요한 공간 분해능으로 가열하거나 냉각하기 위하여, 각각의 상기 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유리 시트 제조 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    각각의 셀은 공간을 갖는 개방 채널과 길이를 갖는 벽부를 구비하고, 이 경우 상기 공간 및 상기 길이는 대략 10 - 50의 비율에 따라 크기가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 시트 제조 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 온도 제어 장치는 상기 복수의 온도 제어된 부재 및 상기 방사 시준기를 지지하는 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 제조 방법.
  20. 재료의 가동부의 폭을 가로질러 가열율 또는 냉각율을 제어하도록 구성된 온도 제어 장치로서,
    제어기;
    상기 제어기와 연결된 복수의 온도 제어된 부재; 및
    상기 복수의 온도 제어된 부재와 상기 재료의 가동부 사이에 위치된 방사 시준기를 포함하고,
    상기 방사 시준기는 복수의 셀을 포함하고 상기 복수의 셀에서 각각의 셀은 복수의 온도 제어된 부재에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 개방 채널을 구비하고, 상기 각각의 셀은 상기 재료의 가동부의 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향인 벽부를 구비하는 온도 제어 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 방사 시준기 및 상기 온도 제어된 부재의 조합이 상기 유리 시트의 스트레스를 감소시키고 그 두께를 제어하도록 상기 유리 시트의 상이한 부분을 필요한 공간 분해능으로 가열하거나 냉각하기 위하여, 각각의 상기 온도 제어된 부재의 온도를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
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