KR20140105801A - 연속 이동의 유리 리본으로부터 에지부를 제거하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

연속 이동의 유리 리본으로부터 에지부를 제거하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20140105801A
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Abstract

성형체로부터 드로우된 유리 리본의 일부를 박막화하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 상기 박막화는 가열 노즐로부터 가열된 가스의 유동을 유리 리본 상의 소정의 위치로 진행시킴으로써 생성된다. 유리 리본이 성형체로부터 내려감에 따라, 유리 리본의 유리 리본 에지부 전체 길이를 따라 박막화된 부분은 유리 리본이 성형체로부터 내려감에 따라 그 박막화된 부분을 따라 크랙을 전파함으로써 유리 리본으로부터 제거될 것이다.

Description

연속 이동의 유리 리본으로부터 에지부를 제거하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and Method for Removing Edge Portion from a Continuously Moving Glass Ribbon}
본 출원은 2011년 11월 30일자 출원된 미국 가출원 제61/564,974호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 발명은 국소 박막의 연속 이동 유리 리본을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 박막화된 부분을 따라 크랙을 전파함으로써 유리 리본의 에지부를 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
광기전력 장치의 요소로서 또는 휴대용 장치 및 텔레비전을 위한 다양한 형태의 커버 플레이트로서 액정 디스플레이 또는 유기발광다이오드 디스플레이 기술들과 같은 디스플레이 시스템에 사용하기 위한 유리 시트는 플롯(float) 공정 또는 퓨전 다운 드로우(fusion down draw) 공정과 같은 잘 알려진 높은 볼륨의 연속의 유리 시트 제조 공정에 의해 제조되고 있으나, 소정의 특정 환경 하에서는 슬롯 드로우(slot draw) 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
상기한 공정들은 일반적으로 "비드(bead)"라 불리는 리본의 에지 부근에서 증가된 두께를 나타내는 유리 리본을 생성한다. 보통 유리 리본의 중심부의 명목상 두께에 3 내지 4배의 비드 두께가 관찰된다. 매우 얇은 유리 리본을 제조할 때, 이러한 비율은 증가하는 경향이 있으며, 이는 0.1 mm 정도의 유리 리본의 중심 두께가 고려될 경우 유리 리본의 중심부의 두께에 10배 정도 높은 수치에 이른다.
유리 리본이 형성되어 시트 안정화, 시트 폭 손실 콘트롤, 두께 콘트롤 제공 등의 도움에 의한 점도 변형에 의해 확장되는 이들 비드의 존재는 제조 공정의 초기 단계에서 바람직하지 않을 수 있다. 그러나, 이들은 내부 응력에 악영향을 주고 그러한 공정 이후의 시트 형태는 바람직하지 않으며, 특정의 경우 공정 및 최종 제품에 해로울 수 있다.
그러한 유리 리본에 있어서의 낮은 레벨의 내부 응력을 달성하기 위해, 그러한 형성 공정 동안 냉각 비율의 주의 깊은 콘트롤이 요구된다. 리본의 각 영역들간 상당한 두께 차는 각기 다른 냉각 비율을 이끌고, 이에 따라 낮은 응력을 달성하는 능력을 감소시키는 온도 구배를 야기한다. 이는 큰 두께 구배가 큰 온도 및 응력 구배를 야기하는 비드 영역의 경우이다.
매우 얇은 시트의 제조 동안, 높은 드로우 속도(인발 속도)를 맞추기 위해 불연속의 개별 유리 시트를 절단하는 대신 스풀(spool) 상에 유리 리본을 감는 것이 바람직하다. 이러한 좀더 두께운 비드들의 존재는 크랙 전파 및 제품 손실을 야기하지 않고 충분히 작은 굴곡 반경으로 시트를 굴곡시키는 능력을 제한한다.
본 발명은 국소 가열의 적용에 의해 유리 리본의 일부를 선택적으로 박막화함으로써 연속 이동의 유리 리본으로부터 비드를 연속해서 제거하기 위한 방법 및 장치를 개시한다.
상기 유리 리본의 박막화를 최대화하기 위한 최적의 위치는 퓨전 다운 드로우 공정을 위한 성형체의 루트 부근(근처)이다. 슬롯 드로우 공정의 경우, 최적의 위치는 슬롯 근처이다. 공정의 점성 영역 내에서 국소의 열 발생기를 이용하여 유리 점도의 국소적 변경이 수행된다. 하향 방향으로 이동하면서 방사 및 대류에 의해 열 교환될 경우, 이러한 유리 리본의 박막 섹션은 점탄성 영역의 상부까지 탄성 영역 내에서(보통 풀링 롤 아래) 시작된 크랙을 전파하는데 사용될 수 있는 열적 구배에 의해 야기된 열적-기계적 응력을 야기함으로써, 나머지의 시트로부터 비드를 효과적으로 분리한다. 일단 개시되면, 이러한 분리는 지속될 수 있고 루트로부터 박막화된 영역의 드로우 아래에서 냉각률을 조절할 뿐만 아니라 루트 부근의 국소 점도를 조절함으로써 콘트롤될 수 있다. 성형체의 루트 부근의 국소 점도의 조절은 강제-공기 가열 노즐을 이용하여 행해질 수 있다.
상기 가열 노즐은 주로 대류에 의해, 그리고 얼마간의 방사에 의해 루트 부근의 유리에 에너지를 전달하는데 사용될 수 있는 콤팩트한 열 발생기를 포함한다. 열 전달 효율은 유리 표면에 충돌되는 고속의 뜨거운 에어 제트(air jet)를 통해 달성된다. 그러한 뜨거운 공기는 공기 유동, 공기 속도, 공기 온도 및 유리에 대한 공기 유동의 방향을 조절함으로써 국소적인 그리고 조정가능한 점도 구배를 제공할 수 있다.
크랙 개시가 자발적으로 일어날 수 있지만, 매우 높은 응력 구배를 촉진하기 위해 예컨대 국소 가열 및/또는 냉각(예컨대, 에어 제트(air zet) 또는 에어/워터 미스트(air/water mist)가 뒤따르는 CO2 레이저)에 의해 또는 유리 표면을 손상시킴으로써(예컨대, 유리 커터에 의해 기계적으로 또는 롤러 쌍에 의해 국소 트위스트를 인가함으로써) 그 드로우의 주어진 위치에서 그러한 크랙 개시의 콘트롤이 이루어질 수 있다.
따라서, 본원에 유리 리본을 형성하기 위한 장치가 개시되며, 상기 장치는 성형체의 하부에서 합체되는 수렴 성형 표면들을 포함하는 상기 성형체; 및 내화 튜브 및 가열 요소를 포함하는 가열 노즐을 포함하며, 상기 내화 튜브는 이 내화 튜브의 제1단부와 제2단부간 길이방향으로 확장하는 다수의 통로를 포함하고, 상기 다수의 통로 중 적어도 한 통로는 이 적어도 한 통로를 통해 진행된 가스의 유동과 유체 소통되며, 상기 제1단부는 상기 성형체의 하부에 가깝고, 상기 가열 요소는 상기 가스의 유동을 가열하도록 구성된 내화 튜브에 배치된다. 바람직하게, 상기 내화 튜브는 내화 슬리브 내에 위치되고, 상기 가열 요소는 상기 내화 튜브와 내화 슬리브 사이에 위치된다.
상기 장치는 상기 성형체의 하부 아래에 위치된 냉각 도어를 더 포함하며, 상기 가열 노즐은 상기 냉각 도어와 상기 성형체의 하부 사이에 위치된다. 상기 냉각 도어는 내려가는 유리 리본에 가깝게 배치된 열판(thermal plate)에 대해 냉각 가스를 진행시킴으로써 유리 리본의 폭에 걸쳐 그 유리 리본의 두께를 조절하도록 기능한다.
바람직하게, 상기 가열 노즐은 유리 리본의 일부로 가열된 가스의 유동을 진행시키기 위해 유리 리본의 에지로부터 약 100 mm 또는 그 이하로 위치된다. 예컨대, 상기 가열 노즐은 유리 리본의 일부로 가열된 가스의 유동을 진행시키기 위해 유리 리본의 에지로부터 약 50 mm 또는 그 이하로 위치된다. 바람직하게, 상기 내화 튜브는 열적 절연 차폐체 내에 위치된다.
다른 실시예에 있어서, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법이 기술되며, 상기 방법은 루트로부터 드로우되는 연속 이동의 유리 리본을 형성하는 용융 유리를 상기 루트에서 합체되는 수렴 성형 표면들을 포함하는 성형체로부터 유동시키는 단계; 상기 루트에 가까운 유리 리본에 충돌되는 가열된 가스의 유동을 가열 노즐로부터 유리 리본으로 진행시키는 단계(상기 충돌되는 가열된 가스는 유리 리본의 길이를 따라 확장하는 유리 리본의 국소 박막화된 부분을 생성); 및 상기 박막화된 부분을 따라 크랙을 전파함으로써 유리 리본으로부터 에지부를 분리시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 가열된 가스의 온도는 약 1450℃ 내지 약 1650℃의 범위가 된다. 바람직하게, 크랙은 레이저에 의해 상기 박막화된 부분을 가열하고, 뒤이어 냉각 유체에 의해 그 박막화된 부분을 냉각함으로써 전파된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 가열된 가스는 유리 리본의 중심선과 에지 디렉터 사이를 충돌한다. 예컨대, 상기 가열된 가스는 상기 중심선보다 상기 에지 디렉터에 더 가깝게 충돌할 것이다. 바람직하게, 상기 가열된 가스는 유리 리본의 에지의 약 100 mm 내에서 유리 리본 상에 충돌하는데, 즉 상기 가열된 가스는 유리 리본의 에지의 약 50 mm 내에서 유리 리본 상에 충돌한다. 바람직하게, 상기 박막화된 부분은 압축 응력을 포함하는 두꺼운 부분에 의해 억제된 인장 응력을 포함한다.
본 발명의 추가의 특징 및 장점들이 이하의 상세한 설명에 기술되며, 그 일부는 그러한 설명으로부터 통상의 기술자가 용이하게 이해하거나, 또는 이하의 상세한 설명, 청구항 뿐만 아니라 부가의 도면을 포함한 본원에 기술된 바와 같은 발명을 실시함으로써 알 수 있을 것이다.
상술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 발명의 실시를 제공하며, 청구한 바와 같은 발명의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 토대를 제공하기 위한 것이라는 것을 이해해야 한다. 수반되는 도면들은 본 발명을 좀더 잘 이해시키기 위해 제공되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 그러한 도면들은 발명의 다양한 실시예들을 기술하며, 상세한 설명과 함께 발명의 원리 및 동작을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 예시의 퓨전 유리 제조 장치의 개략도이고;
도 2는 도 1의 장치를 포함하는 용융 유리 성형체의 정면도이고;
도 3은 에지 디렉터(edge director)를 나타내는 도 2의 성형체의 사시도이고;
도 4는 도 2의 성형체로부터 드로우된 유리 리본의 폭에 걸친 단면도이고;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가열 노즐의 위치를 나타내는 그 단부로부터 보는 바와 같은 도 2의 성형체의 단면도이고;
도 6은 열차폐체 및 보호 내화 슬리브 내에 배치된 가열 노즐의 측단면도이고;
도 7은 유리 리본의 비드에 가깝게 위치된 가열 노즐의 효과를 나타내는 도 4의 유리 리본의 일부 단면도이고;
도 8은 용융 유리의 단위 체적에 작용하는 힘을 나타내는 용융 유리의 단위 체적을 나타내고;
도 9는 유리 리본의 중심부에 걸친 리본 두께를 나타내는 플롯이며;
도 10은 가열 노즐로부터 가열된 가스에 의해 충돌될 때 유리 리본의 비드 근처에 리본 두께를 나타내는 플롯이다.
이하의 상세한 설명에 있어서, 한정하진 않지만 설명의 목적을 위해, 특정 상세한 설명을 기술하는 예시의 실시예들이 본 발명의 전체 이해를 제공하기 위해 기술된다. 그러나, 통상의 기술자라면 본 발명이 본원에 개시된 특정 상세한 설명으로부터 분리되지 않는 다른 실시예들로 실시될 수 있으며, 이들 또한 본 발명의 이점을 갖는다는 것을 명확히 알 수 있을 것이다. 더욱이, 공지의 장치, 방법 및 재료들의 설명은 본 발명의 설명을 불명확하게 하지 않기 위해 생략될 것이다. 마지막으로, 적용가능 곳이면 어디든 유사한 구성요소에는 유사한 참조부호가 붙여진다.
도 1 및 2는 용융로(15), 정제 용기(20), 교반 용기(25), 수용 용기(30), 다운커머(35; downcomer), 입구(40) 및 용융 유리-성형 재료의 얇은 연속으로 이동하는 리본(50)이 내려가는 성형체를 포함하는 유리 시트를 형성하기 위한 퓨전 유리 제조 장치(10)의 예시의 실시예를 나타낸다. 유리 제조 시스템(10)은 여러가지 다른 용기들 또는 용융 유리-성형 재료를 이송하고, 용융기-정제 용기 연결 튜브(55), 정제 용기-교반 용기 연결 튜브(60), 및 교반 용기-수용 용기 연결 튜브(65)를 포함하는 도관들을 더 포함한다. 용융로 및 성형체가 통상 알루미나 또는 지르코니아를 포함하는 세라믹 벽돌과 같은 세라믹 재료로 형성되나, 상기 다양한 용기들과 그들 사이의 관(piping)은 종종 플래티넘 또는 플래티넘-로듐 합금과 같은 합금을 포함한다. 비록 이하의 설명이 도 1에 기술된 공정과 같은 예시의 퓨전 다운 드로우 공정에 관한 것일 지라도, 본원에 개시된 실시예들은 공정들이 통상의 기술자에게 잘 알려진 단일 측면 오버플로우 공정 또는 슬롯 드로우 공정과 같은 다운 드로우 유리 제조 공정들의 다른 변경들에 동일하게 적용가능할 것이다.
도 1의 예시의 퓨전 공정에 따르면, 용융로(15)에는 유리-성형 재료(80; 이하 '용융 유리')를 생성하기 위해 용융로에 의해 용융된 화살표 75로 나타낸 바와 같은 배치 재료(70)가 제공된다. 상기 용융 유리(80)는 용융로-정제 용기 연결 튜브(55)를 통해 용융로(15)에서 정제 용기(20)로 이송된다. 그러한 용융 유리가 용융로 온도를 초과하는 온도로 정제 용기(20) 내를 가열하고, 이로 인해 용융 유리 내에 포함된 다원자가 산화물 재료는 그 용융 유리를 통해 상승되는 산소를 방출한다. 이러한 정제 용기(20) 내의 고온의 산소 방출은 배치 재료의 용융에 의해 생성된 용융 유리 내의 작은 가스 버블을 제거하는데 도움을 준다.
다음에, 그 용융 유리는 일정한 농도를 보장하기 위해 회전식 교반기가 용융 유리를 혼합하여 균질화하는 교반 용기(25) 내로 정제 용기-교반 용기 연결 튜브(60)를 통해 정제 용기(20)로부터 유동된다. 다음에, 그 교반 용기(25)로부터 균질화된 용융 유리는 교반 용기-수용 용기 연결 튜브(65)를 통해 유동되어 수용 용기(30)에서 수집된다. 그 용융 유리는 수용 용기(30)로부터 성형체(45)로 다운커머(35) 및 입구(40)를 통해 라우팅되고 성형체로부터 그 용융 유리를 드로잉(인발)함으로써 유리 리본(50)으로 형성된다.
성형체(45)는 도 2에 가장 잘 나타낸 성형체의 상부 표면에 위치된 개방 채널(90) 및 한 쌍의 수렴 성형 표면(95)들을 포함하며, 상기 수렴 성형 표면은 상기 성형체의 하부 또는 루트(100)에서 수렴된다. 성형체에 공급된 용융 유리는 성형체(45)의 상부 표면에 형성된 개방 채널(90) 내로 유동되어 그 벽을 넘쳐흐르고, 이에 따라 상기 수렴 성형 표면들을 걸쳐 유동되는 용융 유리의 2개의 개별 유동으로 분리된다. 용융 유리의 그러한 각각의 분리 유동들이 루트에 도달될 때, 성형체의 루트로부터 내려가는 유리 리본(50)을 형성하기 위해 재결합되거나 융합된다. 도 3에 가장 날 나타낸 성형체(45) 상에 위치된 에지 디렉터(106)는 그 루트의 폭을 효과적으로 확장하도록 기능하며 이에 따라 유리 리본을 확장하는데 도움을 주거나, 또는 유리 리본의 좁아짐을 최소화하도록 최소 작용한다. 도 3은 에지 디렉터(106)를 나타내는 성형체(45)의 일부 사시도이다. 통상 4개의 에지 디렉터들이 작동하며, 2개의 에지 디렉터가 성형체의 일단부에서 서로 대향되고, 또 다른 쌍의 대향하는 에지 디렉터들이 상기 성형체의 대향 단부에 위치된다.
유리 리본이 루트(100)로부터 내려감에 따라, 풀링 롤(110; Pulling roll)들은 유리 리본의 에지들을 따라 점성의 유리 리본과 접촉하여 방향과 속도 모두를 갖는 속도 벡터(V)에 따라 하향 경로로 유리 리본을 드로잉하는데 도움을 준다. 상기 풀링 롤(110)은 에지부에서 유리 리본을 잡고(grip) 그 유리 리본을 하향 드로우하는 대향의 반대-회전 롤러들을 포함한다. 또한, 상기 풀링 롤들(도시하지 않음) 위 또는 아래에 위치된 추가의 구동 또는 비구동 롤들은 유리 리본을 안내함과 더불어 유리 리본의 폭을 감소시키게 하는 자연적으로 발생하는 표면 장력 효과에 대해 그 유리 리본의 폭을 유지하는 것을 돕도록 유리 리본의 에지와 접촉할 것이다.
일단 상기 내려가는 유리 리본이 유리 변이 온도 범위에 걸쳐 냉각되고, 그 일부가 점성의 액체에서 탄성의 고체로 변환되면, 개별 유리 시트가 상기 유리 리본으로부터 생성될 것이다. 연속 또는 연속 이동의 유리 리본으로부터 개별 유리 시트의 생성은 통상 제일 먼저 리본의 폭, 또는 그 폭의 일부를 가로질러 유리 리본을 스코링(scoring)하는 것을 포함한다. 다음에, 그 유리 리본의 두께에 걸쳐 그리고 유리 리본의 폭을 가로질러 전파되는 크랙을 생성하기 위해 점선(105)으로 나타낸 스코어(score)를 가로질러 인장 응력이 인가될 것이다. 스코어(105)는 소정의 기존 방법에 의해 형성될 것이다. 예컨대, 스코어(105)는 리본 상에 표면 손상을 생성하는 스코링 휠, 스크라이브(scribe) 또는 연마 부재와 리본을 접촉시킴으로써 생성될 것이다. 상기 인장 응력은 스코어 라인을 가로지르는 응력으로 유리 리본의 스코어된 측면을 위치시키는 방향으로 유리 리본을 밴딩함으로써 인가될 것이다. 결국 그 응력은 유리 리본의 두께에 걸쳐 그리고 그 유리 리본의 폭을 가로질러 상기 스코어라인에 형성된 크랙을 작용시킨다. 퓨전 또는 슬롯 드로우 공정과 같은 다운 드로우 공정에서 유리 형성 재료의 상대적 프리-행잉(free-hanging) 리본의 결과는 유리 리본의 에지부(115) 부근에 표면 응력 및 높은 유동 밀도가 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 유리 리본의 극단 에지 부근을 두꺼워지게 한다는 것이다. 이러한 두꺼워진 영역들은 보통 비드(120; bead)라 부른다. 도 4는 상기 기술된 퓨전 공정과 같은 퓨전 공정에 의해 형성된 비드(120)를 포함하는 유리 리본의 에지부(115)의 단면도이다. 그러한 제공된 공정의 목적이 깨끗한 표면 및 거의 평행한 주표면을 갖는 고순도의 유리 시트를 형성하는 것이므로, 그러한 리본 에지부(115) 내에 비드(120)의 존재는 유리 리본으로부터 절단된 유리 시트의 상업적인 가치에 해를 끼친다. 따라서, 그러한 비드는 통상 제거된다.
연속 이동의 유리 리본으로부터 유리 시트를 떼어낸 후 그 유리 시트로부터 그러한 비드를 제거하는 것이 현재 실시되고 있으나, 이러한 접근 방식은 상당한 결점을 갖는다. 특히 하나의 결점은 완전한 일직선 깨뜨림을 유지하면서 유리 리본의 전체 폭에 걸쳐 그 유리 리본을 신뢰성 있게 스코링하는데 있어서의 어려움이다. 유리 리본의 에지부의 불균일한 두께는 유리 리본의 크랙킹(cracking)을 콘트롤하지 못하는 결과를 야기하며, 여기서 스코어 라인, 또는 종종 이후 분리되는 크랙이 의도된 경로를 벗어난다. 이러한 경향을 극복하기 위해, 종종 비드를 스코링하기 않고 유리 리본의 안쪽의 양질의 부분(125; 점선(130)들 사이의 부분)에 걸쳐 스코링이 수행된다. 양질의 부분(125)은 유리 리본의 2개의 측면 에지부(115)들 사이에 위치되며, 보통 판매가능한 제품으로서 제공되는 그 유리 리본의 부분이다. 그러나, 비스코어의 비드를 가로질러 분리의 크랙을 전파하는데 필요한 에너지는 그러한 분리 동안 유리 리본에 크나큰 요동을 생성할 수 있다. 이러한 요동은 유리 리본의 유리 변이 영역으로 전파될 수 있으며, 이는 유리 리본에 바람직하지 않은 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 응력이 유리 리본 내로 집중되어 유리 시트의 최종 형태에 영향을 미친다.
도 5는 도 1에 기술된 퓨전 다운 드로우 공정과 같은 퓨전 다운 드로우 공정을 위한 예시 성형체(45)의 말단 단면도를 나타낸다. 도 5에 따르면, 성형체(45)는 이 성형체에 대한 일정한 열적 환경을 유지하는 인클로저(135) 내에 유지된다. 가열 요소(140)들은 인클로저(135) 내에 온도를 콘트롤하는데 사용된다. 그러한 가열 요소(140)는 예컨대 전기 저항-가열형 금속 코일 또는 바(bar)가 될 것이다. 내벽(145)이 그 가열 요소(140)에 의해 생성된 열을 확산시켜 성형체 및 용융 유리의 좀더 일정한 가열을 제공하는 것을 돕는다. 상기 내벽(145)은 예컨대 실리콘 카바이드로 형성될 것이다. 유리 리본이 풀링 롤(110)들에 의해 성형체(45)로부터 드로우됨에 따라, 안쪽의 양질의 부분(125)과 같은 유리 리본의 두께가 냉각 도어(150)들에 의해 콘트롤된다. 상기 냉각 도어(150)들은 이러한 냉각 도어들이 유리 리본 쪽의 방향으로 확장되거나, 또는 그 유리 리본으로부터 멀리 수축될 수 있도록 이동가능하게 구성된다. 상기 냉각 도어는 유리 리본 전체에 걸쳐 또는 그 유리 리본의 상당한 부분에 걸쳐 확장한다(즉, 유리 리본이 드로우되는 방향 및 속도를 나타내는 드로우 벡터(V)에 수직인 방향으로).
각각의 냉각 도어 내에는 냉각 가스, 통상 공기가 공급되는 다수의 냉각 노즐(155)들이 포함된다. 그러한 공기는 냉각 노즐(155)로 전달되기 전에 냉각될 것이다. 화살표 160으로 나타낸 바와 같이 냉각 노즐(155)을 빠져나가는 냉각 가스는 각각의 냉각 도어의 전면 플레이트(165)로 진행된다. 상기 전면 플레이트(165)는 예컨대 실리콘 카바이드로 형성될 것이다. 그러한 냉각 도어 전면 플레이트의 국소 냉각을 얻기 위한 능력은 상기 전면 플레이트의 폭에 걸친 가변의 온도 분포를 야기할 수 있다. 상기 전면 플레이트의 국소 냉각은 유리 리본의 점도에 영향을 주며, 이에 따라 상기 전면 플레이트의 특정 부분에 바로 인접한 유리 영역의 두께에 영향을 준다. 따라서, 상기 유리 리본의 폭에 걸친 그 유리 리본의 두께 콘트롤은 냉각 노즐(155)들을 통한 냉각 가스의 온도 및/또는 그 유동을 변경함으로써 얻어질 수 있다. 그러한 냉각 가스가 상기 냉각 노즐과 유리 리본 사이에 위치된 플레이트로 진행함으로써, 상기 냉각 노즐의 임펙트가 그 드로우에 걸쳐 평활해질 수 있다.
본원에 기술된 여러 실시예들에 따르면, 다수의 가열 노즐(170)이 상기 냉각 도어(150)들 상에 위치되고 연속 이동의 유리 리본의 특정 부분에 가열된 공기를 지향시키도록 구성된다. 이하의 설명은 하나의 그와 같은 가열 노즐(170)을 대상으로 하고 있으며, 그 설명은 나머지 가열 노즐(170)들에도 동일하게 적용가능하다는 것을 이해해야 한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 각각의 가열 노즐(170)은 다수의 통로(185)를 포함하는 내화체(180)를 포함한다. 공기와 같은 가열 가스(190)는 상기 내화체(180)의 제1단부(195)에서 다수의 통로(185)들 중 적어도 하나의 통로로 전달되어, 상기 내화체(180)의 제2단부(200)로부터 빠져나간다. 상기 제2단부(200)는 유리 리본(50)에 가깝게 위치된다. 상기 내화체(180)는 내화 슬리브(205)가 둘러싸고 이 내화 슬리브가 내화체(180)와 실질적으로 동심이도록 그 내화 슬리브(205) 내에 위치될 것이다. 상기 내화 슬리브(205)는 예컨대 Al2O3를 포함한다.
선재 코일(wire coil)과 같은 고온 가열 요소(210)는 상기 내화체(180) 주위에 배치된다. 예컨대, 상기 가열 요소(210)가 코일이면, 상기 가열 요소(210)는 상기 내화체(180) 둘레에 감겨질 것이다. 상기 가열 요소(210)는 상기 내화체(180)와 내화체 슬리브(205) 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 상기 가열 요소(210)는 예컨대 플래티넘-함유 와이어, 또는 다른 적절한 고온 금속으로 형성될 것이다. 예컨대, 그러한 와이어는 플래티넘-로듐과 같은 플래티넘 합금이 될 것이다. 상기 가열 요소(210)에는 그 가열 요소(210)를 가열하고 이에 따라 내화체(180) 및 적어도 하나의 통로(185) 내로 이동되는 가열 가스(190)를 가열하는 전류가 공급된다. 예컨대, 단일의 가열 노즐은 상기 내화체(180)를 통해 유동되는 가열 가스를 충분히 가열하기 위해 약 400 와트(watt)의 전력이 필요하거나 또는 그 이상의 전력이 필요할 것이다. 상기 적어도 하나의 통로(185)로 유동되는 가열 가스(190)는 1450℃의 온도 또는 그 이상으로 가열되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 가열 가스는 약 1450℃ 내지 약 1650℃ 범위, 약 1500℃ 내지 약 1650℃ 범위, 약 1550℃ 내지 약 1650℃ 범위, 또는 약 1600℃ 내지 약 1650℃ 범위의 온도로 가열될 것이다. 충분한 가열의 가스 유동을 보장하기 위해, 상기 적어도 하나의 통로(185)는 적절한 내부 직경으로 이루어질 것이다. 예컨대, 상기 적어도 하나의 통로(185)의 내경은 1 mm이거나 또는 그 이상이 될 것이다. 상기 내화체(180)의 다른 통로들은 가열 가스의 온도를 측정하기 위한 장비 또는 장치들을 포함할 것이다. 예컨대, 도 6의 실시예에 나타낸 바와 같이, 상기 내화체(180) 내에 포함된 다른 통로(185)들은 열전대 요소(220)를 포함할 것이다. 내화 슬리브(205)는 이 내화 슬리브(205)에 대해 배치된 적절한 열적 절연 차폐체(225) 내에 위치될 것이다.
도 2-3으로부터 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 가열 노즐(170)들은 유리 리본(50)의 에지(226)의 안쪽으로 루트(100)에 또는 그 근처에 위치((예컨대, 유리 리본의 에지(226)와 중심선(230) 사이에)되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 가열 노즐(170)은 에지부(115)가 양질의 부분(125)으로부터 제거되는 위치로 상기 가열 노즐에 의해 방출된 가열된 가스가 진행되도록 루트(100)와 냉각 도어(50)간 수직으로 그리고 측면으로 위치될 것이다. 바람직하게, 상기 가열 노즐(170)은 상기 가열 가스(190)가 에지 디렉터(106)의 안쪽 에지와 유리 리본(50)의 중심선 사이의 위치로 진행되도록 위치된다. 상기 가열 노즐(170)들에 의해 방출된 가열된 가스가 상기 유리 리본에 충돌되고 유리의 점도를 국소적으로 감소시킴으로써, 유리 리본의 국소적인 박막화를 제공한다. 연속 이동의 유리 리본이 성형체(45)로부터 연속해서 내려감에 따라, 그러한 국소 박막은 유리 리본의 길이를 따라 길이방향으로 이어지는 좁은 얇은 영역(235)을 형성한다(도 7 참조).
도 8은 수직 하향 인발력(F)에 대한 이상적인 무한 확장 리본을 위한 기본적인 유리 체적을 나타낸다. 평형상태의 조건 하에, 2개 세트의 동반력(companion force)이 나타나며, 각각의 동반력은 F/2와 같고, 동반력 중 한 세트의 동반력은 그 리본에 수직이고 그 리본을 얇게하며, 또 다른 세트의 동반력은 수평으로 인접한 기본 체적의 유리와 평형상태로 유리 평면 내에 포함된다. 이러한 마지막 힘은 바로 인접한 체적의 유리가 없기 때문에 그 리본 에지가 평형상태로 될 수 없을 때 리본 폭에서의 손실의 원인이 된다. 그와 같은 힘의 분포의 경우, 유리 박막화는 단지 수직으로 이루어진다(단지 수직 드로잉에 따른 두께 변형).
인발력(F)에 대한 폭의 변화는 점도, 유동 밀도 및 감쇠의 길이의 함수이고(냉각률 및 인발 속도에 역비례), 이하의 식에 의해 근사화될 수 있다:
Figure pct00001
여기서, η는 점도이고, Q는 유동 밀도이며, L은 감쇠의 길이이다. 만약 음의 점도 구배가 예컨대 가열 노즐(170)을 이용하여 에지로부터 멀리 국소적으로 도입되면, 인발력(F)의 감소가 발생하고, 이에 따라 리본 평면 내에 포함된 수평력 성분의 감소를 야기한다. 내부 평형상태를 유지하기 위해, 수평 유리 유동은 인접한 유리 체적 성분의 방향으로 나타나고, 이에 따라 리본의 국소적 박막화를 유도한다. 그러나, 그러한 박막 영역(235)은 도 9에 나타낸 바와 같이 인접한 유리 체적 성분에 대한 국소 두꺼워짐(236)의 희생으로 형성된다. 도 7에 나타낸 두께 결과는 예컨대 가열 노즐이 리본의 중심으로 지향될 경우 일어날 수 있다는 것을 나타낸다.
한편, 그러한 음의 점도 구배가 리본의 에지(226) 부근에 도입되면, 이러한 수평 유동은 리본 폭의 약간의 증가에 의해 그것이 보상(적어도 부분적으로)되기 때문에 국소 두꺼워짐, 또는 적어도 감소된 국소 두꺼워짐(236)을 야기하지 않을 것이다. 이는 도 10에 의해 나타나 있다. 이는 비드가 형성되는 리본의 에지부가 통상 리본 폭의 감소에 의해 수평력에 대한 평형상태를 가져오기 때문에 발생한다. 그러한 수평력 성분이 감소되면 유리 리본 폭이 증가한다.
국소적 두께 콘트롤이 가열 노즐(170)을 이용하여 비드에 가깝게, 예컨대 유리 리본의 에지(226)의 약 100 mm 내에서 달성될 때, 그 에지부는 유리 리본으로부터 분리될 것이다. 열적 구배에 의해 도입된 열적-기계적 응력은 점탄성 영역의 상부까지 유리 리본의 탄성 영역(보통 풀링 롤 아래) 내에서 시작된 크랙을 전파하고, 이에 따라 나머지의 리본으로부터 에지부(115), 및 비드들을 효과적으로 분리하는데 사용될 수 있다. 크랙 전파는 유리 리본의 박막화 섹션의 점탄성 영역 내에서 종료되며, 대부분의 크랙 전파 에너지가 점성 전단(viscous shear)에 의해 흡수된다. 유리 리본의 박막화 섹션의 점탄성 영역의 위치는 국소 온도 및 냉각률의 함수이고, 가열 노즐(170)의 요구에 따라 조정되며, 결국 국소 두께 및 국소 유리 온도를 콘트롤할 수 있다. 드로우의 길이 아래(예컨대, 유리 리본의 길이를 따라)의 국소 냉각률은 또한 성형체 아래의 가열기를 이용하여 조정될 수 있다. 또한, 냉각률을 정확하게 조정하기 위해 성형체 아래에서 추가적인 특정 가열 및/또는 냉각을 이용할 수도 있다.
만약 크랙이 박막화 영역(235)의 트랙 밖으로 진행되면 그 유리 리본에 상당한 해를 끼칠 것이다. 전파 콘트롤은 박막화 섹션 및 그 박막화 섹션에 인접한 섹션에서 응력 구배를 콘트롤함으로써 가능해질 것이다. 상술한 바와 같이, 이러한 응력은 유리 리본의 유리 열팽창계수에 의해 도입되고 주로 온도 구배 및 리본 두께의 함수이다.
그러한 박막화 섹션(235)의 양 측면에 두꺼운 부분이 존재하며, 그러한 박막화 섹션은 응력 하에 있고, 반면 인접한 좀더 두께운 섹션은 압축 하에 있을 것이다. 이는 우선적으로 전파 에너지가 가장 낮은 박막화 섹션(235)의 중심으로 크랙 전파를 야기할 것이다.
일단 개시되면, 유리 리본으로부터(50; 즉, 양질의 부분(125)으로부터) 에지부의 분리는 지속될 수 있고 가열 노즐(170)에 의해 루트로부터 거리의 함수로서 박막화된 영역의 드로우 아래에서 냉각률을 조절할 뿐만 아니라 점도 분포 및 폭에 대한 루트(100) 부근의 국소 점도 변화를 조절함으로써 콘트롤될 수 있다. 즉, 공기가 존재하는 가열 노즐(170)의 온도를 조절함으로써, 유리 리본의 국소 점도가 콘트롤될 수 있다.
이는 또한 유리 리본이 풀링 롤로 그리고 그 아래로 내려감에 따라 분리된 에지부(115)가 인접한 유리 리본을 접촉하지 않는 것을 보장하는데 적절하다. 그와 같은 접촉은 양질의 영역(125)을 손상시킬 수 있다. 이는 예컨대 분리된 비드가 리본의 평면 밖으로 이동되는 것을 보장하기 위해 몇 cm 정도로 유리 리본의 평면으로부터 벗어나는 풀링 롤들 바로 위에 추가의 롤들을 이용함으로써 달성될 수 있다.
크랙 개시가 자발적으로 일어날 수 있지만, 바람직하게 크랙킹은 예컨대 국소 가열 및/또는 냉각에 의해 그 드로우의 소정 위치에서 야기된다. 예컨대, 박막화 섹션(235)은 CO2 레이저와 같은 레이저(240)에 의해 가열되며, 뒤이은 냉각 유체(245; 예컨대, 에어 제트(air zet) 또는 에어/워터 미스트(air/water mist))에 의한 냉각은 매우 높은 응력 구배를 야기할 수 있다(도 2 참조). 선택적으로, 유리 커터에 의해 기계적으로 유리 표면을 손상시킴으로써 또는 롤러 쌍에 의해 국소 트위스트를 적용함으로써 크랙이 개시될 수 있다.
본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명에 따른 다양한 변형 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것은 통상의 기술자들에게는 자명할 것이다. 따라서, 이는 본 발명이 부가된 청구항 및 그 동등물의 범주 내에서 제공된 발명의 변경 및 변형들을 커버한다는 것을 의도한다.

Claims (14)

  1. 성형체의 하부에서 합체되는 수렴 성형 표면들을 포함하는 상기 성형체; 및
    내화 튜브 및 가열 요소를 포함하는 가열 노즐을 포함하며,
    상기 내화 튜브는 이 내화 튜브의 제1단부와 제2단부간 길이방향으로 확장하는 다수의 통로를 포함하고, 상기 다수의 통로 중 적어도 한 통로는 이 적어도 한 통로를 통해 진행된 가스의 유동과 유체 소통되며, 상기 제1단부는 상기 성형체의 하부에 가깝고,
    상기 가열 요소는 상기 가스의 유동을 가열하도록 구성된 내화 튜브에 배치되는, 유리 리본을 형성하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내화 튜브는 내화 슬리브 내에 위치되고, 상기 가열 요소는 상기 내화 튜브와 내화 슬리브 사이에 위치되는, 유리 리본을 형성하기 위한 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치는 상기 성형체의 하부 아래에 위치된 냉각 도어를 포함하며,
    상기 가열 노즐은 상기 냉각 도어와 상기 성형체의 하부 사이에 위치되는, 유리 리본을 형성하기 위한 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 노즐은 유리 리본의 일부로 가열된 가스의 유동을 진행시키기 위해 유리 리본의 에지로부터 약 100 mm 또는 그 이하로 위치되는, 유리 리본을 형성하기 위한 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 노즐은 유리 리본의 일부로 가열된 가스의 유동을 진행시키기 위해 유리 리본의 에지로부터 약 50 mm 또는 그 이하로 위치되는, 유리 리본을 형성하기 위한 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 내화 튜브는 열적 절연 차폐체 내에 위치되는, 유리 리본을 형성하기 위한 장치.
  7. 루트로부터 드로우되는 연속 이동의 유리 리본을 형성하는 용융 유리를 상기 루트에서 합체되는 수렴 성형 표면들을 포함하는 성형체로부터 유동시키는 단계;
    상기 루트에 가까운 유리 리본에 충돌되는 가열된 가스의 유동을 가열 노즐로부터 유리 리본으로 진행시키는 단계 - 상기 충돌되는 가열된 가스는 유리 리본의 길이를 따라 확장하는 유리 리본의 국소 박막화된 부분을 생성; 및
    상기 박막화된 부분을 따라 크랙을 전파함으로써 유리 리본으로부터 에지부를 분리시키는 단계를 포함하는, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    가열된 가스의 온도는 약 1450℃ 내지 약 1650℃의 범위가 되는, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가열된 가스는 유리 리본의 중심선과 에지 디렉터 사이를 충돌하는, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가열된 가스는 상기 중심선보다 상기 에지 디렉터에 더 가깝게 충돌하는, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 가열된 가스는 유리 리본의 에지의 약 100 mm 내에서 유리 리본 상에 충돌하는, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 가열된 가스는 유리 리본의 에지의 약 50 mm 내에서 유리 리본 상에 충돌하는, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 박막화된 부분은 압축 응력을 포함하는 두꺼운 부분에 의해 억제된 인장 응력을 포함하는, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법.
  14. 청구항 7에 있어서,
    상기 크랙은 레이저에 의해 상기 박막화된 부분을 가열하고, 뒤이어 냉각 유체에 의해 상기 박막화된 부분을 냉각함으로써 전파되는, 연속 이동의 유리 리본을 국소적으로 박막화하는 방법.
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