KR20150022856A - 버너 모듈, 유리 시트 성형 방법 및 이에 따라 성형된 유리 - Google Patents
버너 모듈, 유리 시트 성형 방법 및 이에 따라 성형된 유리 Download PDFInfo
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Abstract
버너 모듈은 버너 가스 유입구 블럭, 하부 유동 플레이트, 상부 유동 플레이트, 버너 가스 유동 분배기, 및 버너 가스 배출 블럭을 포함한다. 버너 가스 유입구 블럭, 버너 가스 유동 분배기, 및 버너 가스 배출 블럭 각각은 파티션에 의해 분리된 복수의 채널을 포함한다. 버너 가스 유동 분배기 및 버너 가스 배출 블럭의 파티션은 나이프 엣지를 포함한다. 상부 유동 플레이트 및 하부 유동 플레이트 각각은 복수의 채널과 유체 연통하는 복수의 압력 구멍을 포함한다. 부가적으로, 개시된 버너 모듈을 사용하여 유리 시트나 리본을 성형하는 방법과, 상기 방법을 사용하여 성형된 유리 시트나 또는 리본이 제시된다.
Description
본 출원은 35 U.S.C. §120 하에서 2012년 05월 31일 출원된 미국특허출원번호 제13/484,466호를 우선권 주장하고 있으며, 이 출원은 참조를 위해 그 모든 내용이 본 명세서에 통합되어 있다.
본 발명은 전반적으로 유리 시트 및 리본을 얇게 하는 것에 관한 것이며, 더욱 특별하게는, 버너 모듈, 유리 시트 및 리본의 성형 방법, 그리고 이에 따라 성형된 유리 시트 및 리본에 관한 것이다.
유리 시트 물질은 예를 들면, 플로트(float) 유리 공정 및 융합 인발 공정(fusion draw process)을 포함한 다양한 상이한 방법을 사용하여 성형될 수 있다. 유리 리본은, 유리가 충분히 얇아지기 위해 물질의 연속의 스풀링(spooling)을 가능하도록, 실제 크기 롤로 압연되어 충분히 얇게 되는 유리 시트의 하위세트(subset)이다. 플로트 유리가 유리의 리본을 만드는데 현실적이지 않고 일반적으로 보다 두꺼운 시트 쪽으로 나아가게 된다. 융합 인발 공정은 리본이 형성될 수 있게 얇은 범위로 펼쳐질 수 있지만, 여전히 고 실리카 레벨 및 높은 연화점을 갖는 연질의 유리 조성(composition)으로 제한된다. 부가적으로, 실리카 유리 기판은 뱃치(batch) 화염-가수분해 노에서 만들어진 실리카 잉곳을 절단하고, 그라인딩하고 그리고 폴리싱함으로써 만들어질 수 있지만, 그러나 이는 유리 리본에 현실적이지 않다.
본 발명의 발명자는 상기 언급된 공정에 대한 대안으로서, 더욱 특별하게는, 높은 표면 품질을 갖는 일정한, 얇은 유리 시트 및 리본을 성형하기 위한 경제적인 대안의 필요성을 인식하게 되었다.
본 발명은 버너 모듈, 유리 시트 및 리본의 성형 방법, 및 이에 따라 성형된 유리 시트와 리본 제품을 제안하고 있다.
본 발명의 특정 실시예에 따라, 버너 모듈은 버너 가스 유입구 블럭, 하부 유동 플레이트, 상부 유동 플레이트, 버너 가스 유동 분배기, 및 버너 가스 배출 블럭을 포함하여 제공된다. 버너 가스 유입구 블럭, 버너 가스 유동 분배기, 및 버너 가스 배출 블럭 각각은 파티션에 의해 분리된 복수의 채널을 포함한다. 버너 가스 유동 분배기 및 버너 가스 배출 블럭의 파티션은 나이프 엣지를 포함한다. 상부 유동 플레이트 및 하부 유동 플레이트 각각은 복수의 채널과 유체 연통하는 복수의 압력 구멍을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 유리 시트 및 리본의 성형 방법이 제공되며, 여기서 상기 성형 방법은 수트 시트를 성형하기 위하여 개시된 버너 모듈을 통해 회전하는 드럼의 증착 표면상에 발생된 복수의 유리 수트(soot) 파티클을 증착하는 단계, 상기 회전하는 드럼의 상기 증착 표면으로부터 상기 수트 시트의 적어도 한 부분을 제거하는 단계, 및 이동하는 수트 시트의 상기 한 부분을 소결 온도까지 가열시킴으로써 상기 수트 시트의 적어도 한 부분을 치밀화된 유리로 소결하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 개시된 버너 모듈로 만들어진 유리 시트 및 리본 제품이 고려된다.
부가적인 특징과 장점이 아래 상세한 설명에 설명되어 있고 그리고 아래의 청구범위 뿐만 아니라 첨부된 도면과 상세한 설명을 포함한 본 명세서에 개시된 다양한 실시예를 실시함으로써 상기 특징과 장점을 알 수 있거나 또는 당업자라면 상기 기재로부터 그 일부가 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 특정 실시예의 아래 기재된 설명은 아래 도면을 참조하면 가장 이해하기 쉬울 것이며, 상기 도면에서 동일한 구조체가 동일한 부재번호로 지시되어 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 모듈의 개략적인 도면이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 모듈의 개략적인 분해도이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 모듈의 절결 측면도이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 유동 플레이트 또는 하부 유동 플레이트의 개략적인 도면이고;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 모듈의 절결 정면도이며; 그리고
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 가스 유입구 블럭의 프로파일 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 모듈의 개략적인 분해도이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 모듈의 절결 측면도이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 유동 플레이트 또는 하부 유동 플레이트의 개략적인 도면이고;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 모듈의 절결 정면도이며; 그리고
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 가스 유입구 블럭의 프로파일 평면도이다.
도면, 특히 도 1을 참조하면, 도면에 도시된 사항은 단지 설명을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내고 있을 뿐으로서, 본 발명이 도시된 사항만으로 한정되지 않음을 알 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 버너 모듈이 조립되거나 분해되어 개략적으로 나타나 있다. 버너 모듈(100)은 버너 가스 배출 블럭(200), 버너 가스 유동 분배기(300), 버너 가스 유입구 블럭(400), 상부 유동 플레이트(500), 및 하부 유동 플레이트(600)를 포함한다. "상부" 및 "하부"라는 용어는 상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600)를 간단하게 구별하도록 사용되었고 버너 모듈(100)이 많은 정위(orientation)로 사용될 수 있음에 따라 유동 플레이트의 상대 위치를 제한하도록 사용되지 않았다.
도 2 및 도 3을 살펴보면, 버너 가스 배출 블럭(200)은 버너 가스 배출 블럭의 버너 면(204)에 위치된 복수의 개구(202)를 포함한다. 버너 가스 배출 블럭(200)은 가스 배출 채널 파티션(208)에 의해 분리된 복수의 가스 배출 채널(206)을 더 포함한다. 가스 배출 채널(206)은 버너 가스 배출 블럭(210)의 유입구 면으로부터 복수의 버너 면 채널(212)까지 뻗어있다. 버너 면 채널(212)은 가스 배출 채널(206)로부터 버너 면(204) 상에 위치된 개구(202)까지 뻗어있다. 가스 배출 채널 파티션(208)은 버너 가스 배출 블럭(210)의 유입구 면에서 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214)을 포함한다. 나이프 엣지는 감소된 폭을 갖는 구조체의 일 부분이다.
버너 가스 유동 분배기(300)는 분산 채널 파티션(304)에 의해 분리된 복수의 분산 채널(302)을 포함한다. 분산 채널(302)은 버너 가스 유동 분배기(306)의 유입구 면으로부터 버너 가스 유동 분배기(308)의 유출구 면까지 뻗어있다. 버너 가스 유동 분배기(308)의 유출구 면은 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214)에 대한 앤빌로 사용된다. 분산 채널 파티션(304)은 버너 가스 유동 분배기(306)의 유입구 면에서 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)을 포함한다.
버너 가스 유입구 블럭(400)은 버너 가스 유입구 블럭(404)에 기초하여 배치된 복수의 가스 유입구(402)를 포함한다. 버너 가스 유입구 블럭(400)은 가스 유입구 채널 파티션(408)에 의해 분리된 복수의 가스 유입구 채널(406)을 더 포함한다. 가스 유입구 채널(406)은 버너 가스 유입구 블럭(400)의 가스 유입구(402)로부터 버너 가스 유입구 블럭(410)의 유출구 면까지 뻗어있다. 버너 가스 유입구 블럭(410)의 유출구 면은 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)에 대한 앤빌로서 사용된다.
도 4를 살펴보면, 상부 유동 플레이트(500)는 길이 방향으로 뻗어있는 상부 유동 플레이트 랜드(land)(504)에 의해 분리된 복수의 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)을 포함한다. 더욱이, 복수의 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502) 중 각각의 구멍은 분산 채널(302) 중 하나의 분산 채널 및 가스 배출 채널(206) 중 하나의 가스 배출 채널과 유체 연통 상태이다.
하부 유동 플레이트(600)는 길이 방향으로 뻗어있는 하부 유동 플레이트 랜드(604)에 의해 분리된 복수의 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)을 포함한다. 더욱이, 복수의 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602) 중 각각의 구멍은 가스 유입구 채널(406) 중 하나의 채널 및 분산 채널(302) 중 하나의 채널과 유체 연통 상태이다.
단열 패키지(도시 생략됨)가 또한 버너 모듈(100)의 부분으로 포함될 수 있다.
버너 모듈(100)은 모듈식 설계품이다. 버너 가스 배출 블럭(200), 버너 가스 유동 분배기(300), 버너 가스 유입구 블럭(400), 상부 유동 플레이트(500), 및 하부 유동 플레이트(600)는 다른 구성요소와 각각 독립적으로 대체될 수 있다. 버너 모듈(100)의 모듈 특성은 제조 및 사용 동안에 모두 유리하며 버너 모듈의 사용에 유용하다.
제조 단계에 있어서, 전체로서 버너 모듈(100)의 단일의 부분에서의 작은 결함이 전체 조립체의 스크레핑(scrapping)을 필요로 하지 않는다. 결함이 있는 부분은 홀로 잔여 구성요소가 계속 사용될 수 있는 상태에서 스크레이핑될 수 있다. 부가적으로, 다수의 세그먼트로의 버너 모듈(100)의 분리는 복수의 채널, 압력 구멍, 및 버너 모듈 도처에 배치된 개구의 기계가공의 어려움을 감소시킨다. 정밀한 내부 외형(geometry)의 버너 모듈(100)을 단일의 부품으로 만드는 것은, 공구에 접근불가능한 블라인드(blind) 채널이 존재함에 따라 전통적인 기계가공 기술을 사용하여 가능하지 않다. 소결되거나 또는 광-경화된 금속으로부터 여러 버너 유닛을 만듬으로써 이러한 도전이 극복되도록 시도되고 있지만, 이러한 노력은 그 자신의 도전 및 고장을 나타낸다.
버너 모듈(100)의 작동 단계 동안에, 버너 모듈을 세정하는 것은 복수의 채널, 압력 구멍, 및 상기 버너 모듈 도처에 배치된 개구로의 접근 및 분해 능력에 의해 용이하게 된다. 부가적으로, 단일의 구성요소가 여러 방식으로 손상되거나 결함이 발생된다면, 단일의 구성요소가 전체 유닛의 더욱 비싼 교체의 필요성 없이 교체될 수 있다. 이는 버너 모듈(100)의 모든 구성요소의 수명이 동일하지 않다면 특히 유리하다.
설명된 바와 같이, 구성요소가 조립되고 그리고 볼트(800)에 의해 단 하나의 버너 모듈(100)로서 유지된다. 볼트(800)는 버너 모듈(100)의 구성요소를 함께 시일하도록 충분한 토오크로써 조여질 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 12개의 볼트의 경우에, 볼트(800)를 조이기 위한 일 실시예의 방법은 다수의 패스(multiple pass)로 지정된 순서로 상기 볼트를 조이는 것이다. 버너 부재의 경계면의 일정한 부하(loading)를 용이하게 하는 연속 토오크(torquing sequence)를 사용하는 것은 볼트(800)가 90 in-lb으로 조여질 수 있게 한다. 이는 바람직하게는 각각의 볼트(800)를 비-원주방향 차수(order)로 대략적으로 30 in-lb까지 조이고, 각각의 볼트를 대략적으로 60 in-lb으로 더욱 조이고, 그리고 최종적으로 각각의 볼트를 대략적으로 90 in-lb으로 더욱 조임으로써 달성된다. 이러한 절차는 구성요소를 함께 연결하는 각각의 일련의 볼트(800)에 대해 반복될 수 있다. 리벳과 같은, 개별 구성요소를 함께 유지하는 여러 수단이 또한 계획된다.
도 5를 살펴보면, 버너 모듈(100)은 가스 유입구 채널(406), 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602), 분산 채널(302), 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502), 가스 배출 채널(206), 복수의 버너 면 채널(212), 및 버너 면 근방의 연소 구역에 버너 화염을 만들기 위한 화학적 증기 증착 공정에서의 연소 위치로의 복수의 개구(202), 및 가스 유입구(402)를 통한 불활성 가스, 수트 전구체, 산화제, 및 연소 가스를 이송하도록 구성된다.
복수의 가스 유입구(402)는 적어도 하나의 연소 가스 유입구, 적어도 하나의 산화제 유입구, 선택적으로 적어도 하나의 불활성 가스 유입구, 및 적어도 하나의 전구체 유입구를 포함한다. 적어도 하나의 연소 가스 유입구는 연소 가스를 연소 가스 공급원으로부터 버너 모듈(100)에 제공하고, 적어도 하나의 산화제 유입구는 산화제를 산화제 공급원으로부터 버너 모듈로 제공하고, 적어도 하나의 불활성 가스 유입구는 불활성 가스를 불활성 가스 공급원으로부터 버너 모듈로 제공하고, 그리고 적어도 하나의 전구체 유입구는 수트 전구체를 수트 전구체 공급원으로부터 버너 모듈로 제공한다.
예시적으로 연소 가스에는 메탄 및 수소가 포함된다. 예시적으로 산화제 가스는 산소이다. 예시적으로 불활성 가스는 질소이다. 실시예에 있어서, 연소 가스가 산소와 사전에 혼합될 수 있다. 다양한 실리콘-함유 전구체 물질이 전구체 가스로 사용될 수 있다. 이러한 전구체 물질은 실리콘 4 염화물과 같은 할로겐화물-함유 전구체; 예를 들면, 실록산과 같은 무-할로겐화물 전구체, 특히, OMCTS(octamethylcyclotetrasiloxane)와 같은 폴리알킬실록산(polyalkylsiloxane)을 포함하지만, 이들로만 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 적당한 도판트가 사용될 수 있다. 이들 도판트는 전구체 가스에 의해 버너 모듈(100)로 전달될 수 있다. 선택적으로, 도판트는 별개의 가스 유입구(402)를 통해 버너 모듈(100)로 전달될 수 있고 그리고 개구의 어레이나 또는 별개의 개구(202)를 통해 버너 모듈(100)을 빠져나올 수 있다.
도 6을 살펴보면, 일 실시예에 있어서, 버너 가스 유입구 블럭(400)은 가스 유입구 채널(406)의 길이가 각각 대략적으로 8 인치인 경우, 5개의 가스 유입구(402)를 포함한다. 선택적으로, 버너 가스 유입구 블럭(400)은 각각의 가스 유입구 채널(406)의 베이스에 배치된 3개 내지 7개의 가스 유입구(402)를 포함할 수 있다. 각각의 가스 유입구 채널(406)에 배치된 개별 가스 유입구(402)가 동일한 단일의 인풋 가스를 제공하거나 인풋 가스의 혼합물을 제공한다. 예를 들면, 메탄과 같은 연소 가스를 함유하는 주어진 가스 유입구 채널(406)은 3개 내지 7개의 가스 유입구(402)에 의해 급송되고; 이들 모두의 유입구는 메탄을 제공한다. 각각의 가스 유입구 채널(406)을 가로질러 가스 유입구(402)를 펴지게 하는 것은 단일의 가스 유입구 급송용 각각의 채널보다 각각의 가스 인풋 채널을 가로질러 가스의 더욱 일정한 분배를 제공한다.
개별 가스 유입구(402)는 또한 사전-혼합된 가스를 각각의 가스 유입구 채널(406)에 급송할 수 있다. 예를 들면, 연소 가스는 메탄 및 산소를 포함할 수 있거나 또는 수트 전구체 및 불활성 가스는 개별 가스 유입구(402)로 급송되어 사전 혼합될 수 있다. 실시예에 있어서, 연소 가스 공급원, 산화제 공급원, 불활성 가스 공급원, 및/또는 수트 전구체 공급원은 적어도 두 개의 인풋 매체(media)의 혼합물을 포함한다. 인풋 매체는 연소 가스, 산화제, 수트 전구체, 및 불활성 가스를 포함한다.
버너 가스 배출 블럭(200)을 더욱 상세하게 살펴보면, 버너 모듈(100)의 길이 및 폭을 가로질러 그리고 연소 구역으로 반응물 가스의 유동을 균등화하기 위하여 버너 면(204) 상의 전체 어레이에 개구(202)가 배치된다. 이 결과, 연소 구역 내의 일정한 화염이 제공되고, 이는 증착 표면상에서의 수트의 일정한 분배를 초래한다. 버너 모듈(100)의 길이와 폭을 가로지른 반응물 가스의 유동의 균등화가 또한 버너 가스 유동 분배기(300), 버너 가스 유입구 블럭(400), 상부 유동 플레이트(500), 및 하부 유동 플레이트(600)를 포함한 버너 가스 모듈의 여러 구성요소의 결과이며, 버너 가스 배출 블럭(200) 이전에 반응물 가스를 분배한다는 것을 알 수 있다.
개구(202)의 어레이는 개별 서브-어레이를 포함할 수 있으며, 각각의 서브-어레이는 사전-선택된 배치, 크기 등의 사전결정된 수의 개구를 갖는다. 예를 들면, 개구(202)의 어레이는 연소 가스용 개구의 어레이, 산화제용 개구의 어레이, 전구체 가스용 개구의 어레이, 및 불활성 가스용 개구의 어레이를 포함할 수 있으며, 각각의 어레이는 상이한 개구 배치, 크기 등을 갖는다. 도 1 및 도 2에서의 개구(202)의 도시된 구성은 단지 단일의 실시예이며, 다른 구성이 본 발명의 범주 내에서 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 도 1 및 도 2는 연소 가스용 개구의 어레이, 산화제용 개구의 어레이, 전구체 가스용 개구의 어레이, 및 불활성 가스용 개구의 어레이 사이의 일정한 개구(202) 배치를 나타내고 있다. 임의의 서브-어레이가 다른 서브-어레이의 개구나 또는 개구의 열보다 더 많거나 더 적은 개구나 개구의 열을 구비할 수 있다.
하나의 특별한 실시예에 있어서, 개구(202)의 전체 어레이는 n개의 평행한 칼럼에 배치된 복수의 개구를 포함하고; 여기서 n은 적어도 5개이다. 예시적인 버너 모듈(100)은 9개의 칼럼의 개구(202)를 포함한다. 평행한 칼럼의 어레이는 어레이의 반대쪽 외측 엣지에 배치된 개구의 외측 엣지 사이의 개개의 거리로 정의된 길이(l) 및 폭(w)을 갖는다. 예를 들면, 일 실시예에 따른 실리카 유리 수트의 성형에 있어서, 중심선 칼럼(예를 들면, 칼럼(5))은 실리카 가스 전구체/캐리어 가스 혼합물을 제공한다. 밀접하게 인접한 칼럼(예를 들면, 칼럼(4 및 6)은 실리카 가스 전구체의 화학량론 제어를 위한 산소 가스를 제공한다. 중심선의 어느 한 쪽의 다음 2개의 칼럼(예를 들면, 칼럼 2, 3, 7 및 8)의 가스 오리피스는 부가적인 산소를 제공하고, 상기 산소의 유동율은 화학량론 및 수트 밀도를 제어하는데 사용될 수 있고, 그리고 점화 화염용 산화제를 제공한다. 최외측 칼럼의 오리피스(예를 들면, 칼럼 1 및 9)가 예를 들면, CH4/O2 또는 H2/O2의 점화 화염 혼합물을 제공할 수 있다.
| 가스 | 버너 칼럼 | 인풋 유동율 |
| OMCTS | 5 | 12-15 g/min |
| N2 | 5 | 32-40 SLPM |
| O2 | 4,6 | 6-18 SLPM |
| O2 | 2,3,7,8 | 24-36 SLPM |
| CH4 | 1,9 | 36 SLPM |
| O2 | 1,9 | 30 SLPM |
9개의 칼럼의 개구(202)를 포함한 예시적인 버너 모듈(100)에 따라, 선택된 실시예에서 버너 가스 유입구 블럭(400)은 9개의 가스 유입구 채널(406)을 포함하고, 버너 가스 유동 분배기(300)는 9개의 분산 채널(302)을 포함하며, 그리고 버너 가스 배출 블럭(200)은 9개의 가스 배출 채널(206)을 포함한다.
나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310) 및 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214) 각각은 나이프 엣지 폭을 포함하고, 분산 채널 파티션(304) 및 가스 배출 채널 파티션(208) 각각은 채널 파티션 폭을 포함하며, 그리고 채널 파티션 폭은 나이프 엣지 폭보다 더 크다. 나이프 엣지 폭은 바람직하게는 대략적으로 0.005 인치 내지 대략적으로 0.031 인치이다. 나이프 엣지 폭은 더욱 바람직하게는 대략적으로 0.010 인치 내지 대략적으로 0.015 인치이다. 나이프 엣지 폭은 더욱 바람직하게는 대략적으로 0.012 인치 내지 대략적으로 0.013 인치와 같다. 채널 파티션 폭은 바람직하게는 대략적으로 0.04 인치 내지 대략적으로 0.08 인치이다. 채널 파티션 폭은 더욱 바람직하게는 대략적으로 0.05 인치 내지 대략적으로 0.07 인치이다.
선택된 실시예에 있어서, 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310) 및 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214)은 끝이 잘린 삼각형(truncated triangular) 프리즘이다.
일 실시예에 있어서, 시일은 버너 가스 유동 분배기(300)의 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)과 버너 가스 유입구 블럭(410)의 유출구 면 사이의 하부 유동 플레이트(600)에 의해 형성된다. 버너 가스 유동 분배기(300)의 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)은, 버너 모듈(100)이 조립될 때, 하부 유동 플레이트(600)의 하부 유동 플레이트 랜드(604)와 맞춰지게 된다. 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)과 하부 유동 플레이트 랜드(604) 경계면은 시일을 형성한다. 더욱이, 부가적인 시일은 버너 가스 유입구 블럭(410)의 유출구 면 및 하부 유동 플레이트(600)의 평탄한 표면 사이에 형성된다. 버너 가스 유동 분배기(300)의 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310), 하부 유동 플레이트(600)의 하부 유동 플레이트 랜드(604), 및 버너 가스 유입구 블럭(410)의 유출구 면 사이의 시일은 바람직하게는 적어도 15 psig에서까지 그리고 더욱 바람직하게는 30 psig까지 실링 작용이 가능하다.
일 실시예에 있어서, 시일은 버너 가스 배출 블럭(200)의 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214)과 버너 가스 유동 분배기(308)의 유출구 면 사이의 상부 유동 플레이트(500)에 의해 형성된다. 버너 가스 배출 블럭(200)의 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214)은 버너 모듈(100)이 조립될 때, 상부 유동 플레이트(500)의 상부 유동 플레이트 랜드(504)와 맞춰지게 된다. 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214) 및 상부 유동 플레이트 랜드(504) 경계면은 시일을 형성한다. 더욱이, 부가적인 시일이 상부 유동 플레이트(500)의 평탄한 표면과 버너 가스 유동 분배기(308)의 유출구 면 사이에 형성된다. 버너 가스 배출 블럭(200)의 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214), 상부 유동 플레이트(500)의 상부 유동 플레이트 랜드(504), 및 버너 가스 유동 분배기(308)의 유출구 면 사이의 시일은 바람직하게는 적어도 15 psig 까지 그리고 더욱 바람직하게는 30 psig까지 실링 작용이 가능하다.
이론적으로 한정하려는 것은 아니며, 나이프 엣지(나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)이나 또는 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214))가 유동 플레이트(하부 유동 플레이트(600)의 하부 유동 플레이트 랜드(604)나 또는 상부 유동 플레이트(500)의 상부 유동 플레이트 랜드(504))로 가압됨에 따라, 상기 유동 플레이트가 변형되고 물질이 다음의 버너 모듈 구성요소(버너 가스 유입구 블럭(410)의 유출구 면이나 또는 버너 가스 유동 분배기(308)의 유출구 면)에 대해 시일을 형성하도록, 뒷면(back) 외측으로 가압되기 때문에, 유동 플레이트, 나이프 엣지 및 다음의 버너 모듈(100) 구성요소 사이에 상기 시일이 형성된다고 여겨진다.
버너 화염의 프로파일이 일정하다는 것을 보장하기 위하여, 각각의 유체 경로는 가스 팽창용 채널 세트(가스 유입구 채널(406), 분산 채널(302), 및 가스 배출 채널(206)) 사이에서 적어도 하나의 유동 플레이트(상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600))를 포함한다. 인접한 가스 유입구 채널(406)은 가스 유입구 채널 파티션(408)에 의해 분리된다. 인접한 분산 채널(302)은 분산 채널 파티션(304)에 의해 분리된다. 인접한 가스 배출 채널(206)은 가스 배출 채널 파티션(208)에 의해 분리된다. 당업자라면 버너 모듈(100)이 보다 많거나 보다 적은 수의 채널, 유동 플레이트, 및 도시된 바와 같은 것을 포함할 수 있다는 것을 용이하게 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 실시예의 버너 모듈(100)은 하부 유동 플레이트(600)나 상부 유동 플레이트(500) 중 하나와 버너 가스 유동 분배기(300)를 포함할 수 없다. 다른 실시예에 있어서, 버너 모듈(100)은 각각의 부가적인 버너 가스 분배기용 상부 유동 플레이트(500)나 부가적인 하부 유동 플레이트(600) 중 하나와 적어도 두 개의 버너 가스 유동 분배기(300)를 포함할 수 있다. 유일한 요구조건은 버너 모듈(100)의 각각의 구성요소가 시일 공정 동안에 유동 플레이트에 의해 분리된다는 것이다. 버너 모듈(100)의 모듈식 성질(modular nature)은 각각의 특정 경우에 대한 필요에 따라 부품의 추가 및 제거를 가능하게 한다.
본 명세서에 기재된 채널, 유동 플레이트, 및 여러 유동-변경이나 또는 유동-제한 구조체와, 그리고 개구(202)의 어레이가 버너 모듈(100)의 버너 면(204)의 길이(l)를 따라서 가스의 유동을 균등하게 하도록 사용되어, 개구를 통한 가스 유동의 압력 및 속도가 더욱 일정하다. 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602) 및 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)의 결과로서, 제한된 유동은 가스가 개개의 채널(가스 유입구 채널(406), 분산 채널(302), 및 가스 배출 채널(206)) 각각에서 상기 채널을 통해 퍼지게 하는데 도움이 된다. 이 결과, 유리 전구체의 보다 일정한 화염 및 분배가 제공된다. 이러한 일정성은 화염 콘(cone)의 높이, 화염 콘의 온도 프로파일, 가스의 속도나 압력 분배, 및 개구(202)의 어레이의 길이에 따른 그리고 폭을 가로지른 가스 농도의 일정성에 의해 특징지워질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600)는 동일한 압력 구멍 갯수, 외형, 및 배치를 포함한다. 상부 유동 플레이트(500)의 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)은 하부 유동 플레이트(600)의 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)의 갯수, 외형, 및 배치에 맞춰진다.
다른 일 실시예에 있어서, 상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600)가 상이한 압력 구멍 수, 외형, 또는 배치를 포함하도록 의도된다. 상부 유동 플레이트(500)의 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)은 하부 유동 플레이트(600)의 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)의 수, 외형 및 배치와 맞춰지지 않는다. 상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600)의 압력 구멍은 배치, 구멍 외형, 크기, 수, 또는 이들의 조합에서 상이할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상부 유동 플레이트(500), 하부 유동 플레이트(600), 또는 이들 플레이트는 적어도 150개의 압력 구멍을 포함한다. 각각의 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)은 가스 배출 채널(206) 중 하나 및 분산 채널(302) 중 하나와 유체 연통상태이다. 각각의 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)은 분산 채널(302) 중 하나 및 가스 유입구 채널(406) 중 하나와 유체 연통 상태이다.
다른 일 실시예에 있어서, 상부 유동 플레이트(500), 하부 유동 플레이트(600), 또는 이들 플레이트는 적어도 450개의 압력 구멍을 포함한다. 각각의 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)은 가스 배출 채널(206) 중 하나 및 분산 채널(302) 중 하나와 유체 연통상태이다. 각각의 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)은 가스 유입구 채널(406) 중 하나 및 분산 채널(302) 중 하나와 유체 연통 상태이다.
계속해서 다른 일 실시예에 있어서, 상부 유동 플레이트(500), 하부 유동 플레이트(600), 또는 이들 플레이트는 적어도 1000개의 압력 구멍을 포함한다. 각각의 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)은 가스 배출 채널(206) 중 하나 및 분산 채널(302) 중 하나와 유체 연통 상태이다. 각각의 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)은 분산 채널(302) 중 하나 및 가스 유입구 채널(406) 중 하나와 유체 연통 상태이다.
버너 모듈(100)의 실시예에 있어서, 상부 유동 플레이트(500), 하부 유동 플레이트(600), 또는 이들 플레이트는 대략적으로 0.020 인치 내지 대략적으로 0.030 인치의 직경을 갖는 원형 압력 구멍을 포함한다. 단일의 분산 채널(302) 및 단일의 가스 배출 채널(206)과 연통하는 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)은 단일의 라인을 따라서 배치된 상태에서, 상기 상부 유동 플레이트 압력 구멍의 중심은 대략적으로 0.030 인치 내지 대략적으로 0.040 인치 이격된다. 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)의 열은 대략적으로 0.060 인치 내지 대략적으로 0.180 인치의 폭을 갖는 상부 유동 플레이트 랜드(504)에 의해 분리된다. 단일의 가스 유입구 채널(406) 및 단일의 분산 채널(302)과 연통하는 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)은 단일의 라인을 따라서 배치된 상태에서, 상기 하부 유동 플레이트 압력 구멍의 중심은 대략적으로 0.030 인치 내지 대략적으로 0.040 인치 이격된다. 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)의 열은 대략적으로 0.060 인치 내지 대략적으로 0.180 인치의 폭을 갖는 하부 유동 플레이트 랜드(604)에 의해 분리된다.
버너 모듈(100)의 다른 일 실시예에 있어서, 상부 유동 플레이트(500), 하부 유동 플레이트(600), 또는 이들 플레이트는 대략적으로 0.010 인치 내지 대략적으로 0.030 인치의 직경을 갖는 원형 압력 구멍을 포함한다. 단일의 분산 채널(302) 및 단일의 가스 배출 채널(206)과 연통하는 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)이 적어도 두 개의 라인을 따라서 배치된 상태에서, 상기 상부 유동 플레이트 압력 구멍의 중심이 각각의 라인을 따라서 대략적으로 0.015 인치 내지 대략적으로 0.030 인치 이격된다. 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)의 적어도 두 개의 라인은 정렬되거나 교차할 수 있다(stagger). 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502)의 열의 그룹은 대략적으로 0.060 인치 내지 대략적으로 0.180 인치의 폭을 갖는 상부 유동 플레이트 랜드(504)에 의해 분리된다. 단일의 가스 유입구 채널(406) 및 단일의 분산 채널(302)과 연통하는 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)이 적어도 두 개의 라인을 따라서 배치되며, 상기 하부 유동 플레이트 압력 구멍의 중심이 각각의 라인을 따라서 대략적으로 0.015 인치 내지 대략적으로 0.030 인치 이격된다. 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)의 적어도 두 개의 라인은 정렬되거나 교차할 수 있다. 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)의 열의 그룹은 대략적으로 0.060 인치 내지 대략적으로 0.180 인치의 폭을 갖는 하부 유동 플레이트 랜드(604)에 의해 분리된다.
상부 유동 플레이트 압력 구멍(502) 및 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)은 반드시 원형이 아니어도 된다. 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502) 및 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)은 예를 들면, 타원형, 정사각형, 삼각형, 또는 육상트랙형상(obround)을 포함한 임의의 외형일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상부 유동 플레이트(500), 하부 유동 플레이트(600), 또는 이들 플레이트는 예를 들면, 내부식성 합금 플레이트의 PCM(photochemical machining)을 사용하여 만들어진다. 일례의 합금은 니켈 합금이다. 상부 유동 플레이트(500)나 또는 하부 유동 플레이트(600)를 성형하도록 사용된 합금이 경도 및 연성을 포함한 그 기계적 특성을 최적화시키도록 열 처리될 수 있다. PCM 공정은 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502) 및 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)과 같은 특징부를 정확하고 정밀하게 형성하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 약 0.004 인치 +/- 0.0005 인치의 직경을 갖는 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502) 및 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)이 형성될 수 있다. 더욱이, PCM 공정은 각각의 유동 플레이트 압력 구멍의 상대 위치를 정밀하게 제어하도록 사용될 수 있다. PCM 공정은 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502) 및 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)이 정밀하게, 효율적으로 형성될 수 있게 하고, 그리고 버(burr)나 또는 공구 마크 없이 기계가공될 수 있게 한다.
나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214) 및 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)이 상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600)와 각각 시일을 형성하므로, 두 개의 물질의 상대 경도가 중요하다. 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214) 및 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)이 바람직하게는 상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600)보다 더 단단하므로, 상부 유동 플레이트와 하부 유동 플레이트가 변형되고 그리고 상부 유동 플레이트 접촉 표면과 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면이 조립 동안에 그 형상을 유지한다. 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214) 및 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)은 바람직하게는 적어도 대략적으로 50 로크웰 경도 스케일 C를 갖는다. 상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600)는 바람직하게는 압입자(indenter) 상에서의 100 gram 부하로써 대략적으로 94.6의 누프 경도를 갖는다. 바람직하게는 상부 유동 플레이트(500) 및 하부 유동 플레이트(600)의 압입자 상에서의 100 gram 부하를 갖는 최대 누프 경도가 100 아래이다.
버너 가스 유입구 블럭(400), 버너 가스 유동 분배기(300), 및 버너 가스 배출 블럭(200)은 바람직하게는 경화된 스틸로 만들어진다. 더욱 특별하게는, 버너 가스 유입구 블럭(400), 버너 가스 유동 분배기(300), 및 버너 가스 배출 블럭(200)은 바람직하게는 420 스테인레스 스틸로 만들어진다. 이러한 물질은 버너 모듈(100)의 구성요소가 거친 작동 환경에서 사용될 수 있게 할 뿐만 아니라 충분하게 강건하고 구조적으로 안전하게 할 수 있다. 부가적으로, 420 스테인레스 스틸은 종래의 기계가공을 용이하게 할 수 있다.
도 5를 다시 살펴보면, 예시적인 실시예에 있어서, 버너 모듈(100)은 버너 가스 유동 분배기(300), 상부 유동 플레이트(500), 및 버너 가스 배출 블럭(200)을 정렬되게 위치시키도록 구성된 적어도 두 개의 정렬 핀(700)을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 버너 모듈(100)은 또한 버너 가스 유동 분배기(300), 하부 유동 플레이트(600), 및 버너 가스 유입구 블럭(400)을 정렬되게 위치시키도록 구성된 적어도 두 개의 정렬 핀(700)을 포함한다.
정렬 핀(700)은 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면(214)이 상부 유동 플레이트(500)를 상부 유동 플레이트 랜드(504) 상에 배치된 나이프 엣지 폭과 접촉시키는 것을 보장한다. 정렬 핀(700)은 또한 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면(310)이 하부 유동 플레이트(600)를 하부 유동 플레이트 랜드(604) 상에 배치된 나이프 엣지 폭과 접촉시키는 것을 보장한다. 부가적으로, 가스 배출 채널(206), 분산 채널(302), 및 가스 유입구 채널(406)은 상부 유동 플레이트 압력 구멍(502) 및 하부 유동 플레이트 압력 구멍(602)과 반드시 정렬된다. 정렬 핀(700)은 채널 및 압력 구멍이 적당하게 정렬되는 것을 보장한다.
얇은, 일정한 유리 시트 및 리본을 성형하기 위한 기기의 한 구성요소로서 버너 모듈(100)이 얇은 유리 시트 및 리본을 만들도록 사용될 수 있다. 얇은, 일정한 유리 시트 및 리본을 성형하기 위한 기기가 수트 제공 장치, 수트-수용 장치, 수트 시트-안내 장치, 및 수트 시트-소결 장치를 포함한다.
예시적인 방법에 따라, 수트 제공 장치에 의해 형성된 유리 수트 파티클이 수트-수용 장치의 증착 표면상에 증착된다. 수트-수용 장치는 회전가능한 드럼이나 벨트의 형태를 취하며 이에 따라 연속의 증착 표면을 포함할 수 있다. 증착된 수트 파티클은 수트 층을 증착 표면상에 형성한다. 일단 형성된 수트 층은 독립된(free-standing), 연속의 수트 시트와 같은 증착 표면으로부터 제거될 수 있다. 증착 표면으로부터 수트 층을 제거하는 작용은, 예를 들면, 열적 불일치, 수트 층과 증착 표면 사이의 열 팽창 계수의 불일치 및/또는 중력의 영향 하에서 기인한 물리적 간섭 없이 발생할 수 있다. 수트 시트가 수트-수용 장치로부터 제거된 이후에, 수트 시트-안내 장치는 유리 시트를 성형하기 위해 수트 시트를 소결하고 강화하는 수트 시트-소결 장치를 통한 수트 시트의 이동을 가이드할 수 있다. 예시적인 수트 증착 시스템은 "Method and Apparatus for Making Fused Silica"를 발명의 명칭으로 하여 Daniel W. Hawtof 등에 의해 2005년 12월 14일에 출원된 미국특허 제8,137,469호에 개시되어 있다.
따라서, 얇은, 일정한 유리 시트 성형 공정은 복수의 유리 수트 파티클을 제공하는 단계, 수트 층을 형성하기 위하여 유리 수트 파티클의 일정한 층을 수트-수용 장치의 증착 표면상에 증착하는 단계, 수트 시트를 형성하기 위해 수트-수용 표면으로부터 수트 층을 제거하는 단계, 및 유리 시트나 리본을 성형하기 위해 수트 시트를 소결하는 단계를 포함한다. 유리 시트를 만들기 위한 일례의 공정 및 기기가 "Process and Apparatus for Making Glass Sheet"를 발명의 명칭으로 하여 Daniel W. Hawtof 등에 의해 2007년 05월 07일에 출원된 미국특허 제7,677,058호에 개시되어 있다. 유리 시트를 만들기 위한 부가적인 특징의 공정 및 기기가 본 명세서에서 아래에 기재되어 있다.
수트-제공 장치는 OVD(outside vapor deposition) 공정, VAD(vapor axial deposition) 공정 및 평면 증착 공정에 사용된 버너 모듈과 같은 하나 이상의 버너 모듈(100)을 포함할 수 있다. 수트-제공 장치는 단일의 버너 모듈(100)이나 또는 다수의 버너 모듈을 포함할 수 있다. 선택적으로, 다수의 버너 모듈(100)은 어레이의 길이 및 폭 내내 수트 파티클의 실질적으로 연속의 스트림을 만들 수 있는 버너 모듈 어레이로 구성될 수 있다.
예를 들면, 버너 모듈 어레이는 유리 수트의 일시적으로 그리고 공간적으로 일정한 층을 형성하고 증착하도록 구성된 복수의 개별 버너 모듈(100)(예를 들면, 단부-대-단부 배치)을 포함할 수 있다. 단부-대-단부 배치된 버너 모듈(100)은 바람직하게는 버너 모듈의 단부에서 랜드를 제거하기 위하여, 도 1에 도시된 선택된 실시예로부터 변경된다. 랜드의 제거는 버너 면(204)이 함께 더욱 근접하여 배치될 수 있게 하고 그리고 하나의 버너 모듈(100)로부터 다음의 버너 모듈까지 실질적으로 중단되지 않는 방식으로 계속될 수 있게 한다. 개별 버너 모듈(100)은 예를 들면, 나이프 엣지를 버너 모듈의 변경된 단부에 부가함으로써 그리고 시일을 형성하도록 개별 버너 모듈을 함께 볼트결합 함으로써 함께 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 수트-제공 장치는 실질적으로 균일한 화학적 조성 및 실질적으로 일정한 두께를 갖는 수트의 개별 층을 형성하도록 사용될 수 있다. "일정한 조성" 및 "일정한 두께"라는 것은, 주어진 영역 상에서의 조성 및 두께 변화가 평균 조성이나 또는 두께의 대략적으로 2 %이거나 또는 그 이하라는 것을 의미한다. 특정 실시예에 있어서, 수트 시트의 하나 또는 양자의 조성 변화 및 두께 변화 중 하나 또는 양자가 상기 수트 시트 상에서 대략적으로 1%의 그 개개의 평균 값의 대략 1%와 동일하거나 그 이하일 수 있다. 버너 모듈(100)은 열 쇼크에 대해 저항성을 가지며, 하나 이상의 전구체 가스의 분배된 스트림 조차도 제공하여 유리 수트를 형성할 수 있다.
실시예에 있어서, 개시된 버너 모듈(100)은 유출구 면을 가로질러 일정한 유동율의 가스 반응물을 이송할 수 있다. "일정한 유동율"이라는 표현은 (a) 임의의 특별한 가스 반응물에 대한 버너 면(204)에서의 특정 개구(202)의 가스 속도가 가스를 방출하는 모든 개구에 대한 평균 속도의 대략적으로 2% 보다 더 작은 정도로 변하고, 및/또는 (b) 하나의 가스에 대한 버너 면에서의 개구의 평균 가스 속도가 모든 가스에 대해 모든 개구의 평균 속도의 대략적으로 2% 보다 더 작게 변한다는 것을 의미하는 것이다. 버너 모듈의 유출구 면을 가로질러 일정한 유동율의 가스상의 전구체를 제공함으로써, 일정한 두께를 갖는 수트 시트가 형성될 수 있다.
각각의 개구(202)에서의 유동율 사이의 일정성에 의해 수트 시트 및 얇은 유리 시트가 우수한 일정성으로써 형성될 수 있다. 개구의 나머지부에 비해 불균형적으로 크거나 작은 유동율을 갖는 단일의 개구(202) 조차도 얇은 유리 시트의 최종 표면 지형도(topography)에 영향을 미칠 수 있다. 개구의 나머지부를 초과한 유동율을 나타내는 개구(202)가 수트 시트로부터 성형된 최종 얇은 유리 시트를 형성하는 상승된 릿지(ridge)를 초래한다. 증착된 부가적인 수트가 얇은 유리 시트나 또는 리본에서 사람의 맨 눈에 잠재적으로 보이는 라인을 형성한다. 개구의 나머지부에 비해 유동율 결함을 나타내는 개구(202)가 수트 시트나 또는 리본으로부터 성형된 최종 얇은 유리 시트에서 형성되는 밸리(valley)를 초래한다.
버너 모듈(100)의 실시예의 설계 및 정밀한 제조 기술은 라인이 없는 얇은 유리 시트가 성형될 수 있게 한다. 라인이 없는 유리 시트는 라인이 사람의 맨 눈에 보이지 않는 유리 시트이다. 각각의 개구(202)로부터의 정밀하고 일정한 가스 유동은 라인 없는 유리의 성형을 전반적으로 가능하게 하는 일정한 질량 밀도를 갖는 수트 시트를 형성한다. 버너 모듈(100)을 사용하여 성형된 얇은 유리 시트는 0.1 미크론(0.08 미크론, 0.05 미크론, 0.03 미크론, 0.02 미크론, 및 0.01 미크론 이하를 포함함)보다 작은 피크 대 밸리 형성부(excursion)를 나타낼 수 있다.
상기 기재된 접근법을 사용해 만들어진 유리 시트가 200 미크론 이하의 평균 두께 및 1 nm 이하의 두 개의 주된 상호 반대쪽 표면 중에서 적어도 하나의 표면 상의 평균 표면 거칠기를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 두 개의 주요 표면 상에서의 평균 표면 거칠기가 1 nm이거나 이보다 작다. 예시적인 고-실리카 유리 시트가 적어도 2.5 x 2.5 ㎠ 측정된다. 예를 들면, 유리 시트의 폭의 범위는 약 2.5 cm 내지 2 m일 수 있고 기계 가공 방향에서 측정된 유리 시트의 길이는 약 2.5 cm 내지 10 m의 범위에 속하거나 또는 10 m 이상이다. 유리 시트의 길이는 원칙적으로 증착 시간으로만 제한되며, 그리고 10 m 내지 10 km 이상을 넘어 뻗어있을 수 있다.
버너 모듈(100)의 정밀한 제조 요건이 주어져, 전통적인 기계가공 기술은 청결하고, 일정하며, 충분하게 정밀한 작업 제품을 제공하지 못한다. 전통적인 기계가공 기술은 터닝(turning), 밀링, 그라인딩, 드릴링 및 물질 제거 메카니즘이 반드시 기계적인 힘에 기초하는 임의의 여러 공정을 포함한다. 필요한 정밀도를 달성하기 위하여, EDM(electric discharge machining)은 예를 들면, 버너 면(204) 상에 개구(202)를 형성하도록 사용된다. EDM은 개구(202)가 매끈한 벽부를 갖도록 성형될 수 있게 하고 공구 마킹이나 버(burr)가 없게 할 수 있어, 최종 처리된 얇은 유리 시트에서의 라인의 성형부 및 개구들 사이의 일정하지 않은 유동을 초래할 수 있는 상기 개구를 통한 가스의 유동을 중단시킨다.
버너 모듈(100)의 기계가공된 표면은 선택적으로 벽부 및 개구를 매끈하게 하기 위해 후처리 될 수 있다. 후 처리 스무딩(smoothing) 작동은, 예를 들면, Extrude Hone®(Kennametal, Irwin, PA)와 같은 디버링(deburring), 폴리싱 및 표면 마감제를 버너 모듈(100) 구성요소에 통과시킴으로써 달성될 수 있다.
수트-제공 장치는 수트 파티클의 형성 및 증착 동안에 고정 상태를 유지할 수 있거나, 또는 선택적으로, 상기 수트-제공 장치는 증착 표면과 관련하여 이동될(예를 들면, 변동될(oscillated)) 수 있다. 버너 면(204)으로부터 증착 표면까지의 거리의 범위는 약 20 mm 내지 내지 100 mm (예를 들면, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100 mm)일 수 있다.
만들어진 바와 같은 또는 증착된 바와 같은, 수트 파티클은 예를 들면, 미-도프된, 고-순도 유리를 형성하도록 소결될 수 있는 단일의 상(phase)(예를 들면, 단일의 옥사이드)으로 필수적으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 수트 파티클은 예를 들면, 도프된 유리를 형성하도록 소결될 수 있는 두 개 이상의 상이나 또는 두 개 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 다상(Multiphase) 유리 시트가 예를 들면, 티타늄 옥사이드 전구체나 또는 3가 인의 옥사이드 전구체를 OMCTS 가스 유동으로 통합함으로써 만들어질 수 있다. 일례의 티타늄 전구체 및 3가 인의 옥사이드 전구체는 3가 인의 할로겐화물 및 티타늄 (IV) 이소프로프옥사이드(isopropoxide)와 같은 금속 알콕시화물과 다양한 용해가능한 금속 염류(salt)를 포함한다.
도핑(Doping)은, 도판트 전구체를 화염에 안내함으로써, 화염 가수분해 공정 동안에 원 위치에서 발생할 수 있다. 도판트는 또한 수트 시트의 소결 동안에 또는 그 이전에 수트 시트로 통합될 수 있다. 예시적인 도판트는 원소의 주기율 표의 희토류 시리즈와 IA, IB, IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA, VB 그룹으로부터의 원소를 포함한다.
수트 파티클은 필수적으로 균일한 조성, 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 선택적으로, 수트 파티클의 조성, 크기 및 형상 중 하나 이상이 변할 수 있다. 예를 들면, 주요 유리 구성요소의 수트 파티클이 하나의 수트-제공 장치에 의해 제공될 수 있는 한편으로, 도판트 조성의 수트 파티클이 상이한 수트-제공 장치에 의해 제공될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 수트 파티클은 복합(composite) 파티클을 형성하기 위하여, 상기 수트 파티클의 성형 및 증착 작용 동안에, 서로 혼합 및/또는 부착될 수 있다. 또한, 수트 파티클이 증착 표면상에 증착되는 동안에 또는 이 이전에 혼합된 파티클을 형성하도록, 서로 부착되는 것이 실질적으로 방지될 수 있다.
본 명세서에서 기재된 바와 같이, 단수로 기재된 표현은 복수의 경우도 포함할 수 있다. "적어도 하나의" 구성요소, 부재 등과 같은 본 명세서에 기재된 표현은 단수 형태의 기재가 단일의 구성요소, 부재 등으로 한정될 수 있는 의미로 사용되기 위한 것이 아님을 알 수 있을 것이다.
본 실시예를 기술하고 정의하기 위한 목적으로서, "실질적으로", "대략적으로" 및 "약"이라는 용어는 임의의 정량적인 비교, 값, 측정, 또는 다른 개념(representation)의 불특정 고유 정도를 나타내기 위하여 본 명세서에서 사용되었음을 알 수 있을 것이다. "실질적으로", "대략적으로" 및 "약"이라는 용어는 또한 당면한 사항의 기본적인 작용의 변화를 초래하지 않으면서, 언급된 기준으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내도록, 본 명세서에서 사용되고 있다.
별도로 특별히 언급하지 않았다면, 본 명세서에서 설명된 임의의 방법은 상기 방법의 단계가 특정 순서로 실행될 수 있도록 요구되도록 구성되는 것이 아니다. 따라서, 본 발명에서의 방법 청구항이 방법 단계에 따른 순서로 실제로 한정되지 않거나, 실시예나 청구범위에서 단계가 특정 순서로 특별하게 한정되지 않거나, 또는 임의의 특별한 순서를 암시하도록 의도되지 않는다.
또한, 특별한 특성이나 특별한 방식의 작동을 구체화하도록 "구성된" 본 발명의 구성요소의 기재는 의도된 사용의 기재에 반하는 구조적 기재임을 알 수 있을 것이다. 더욱 특별하게는, 구성요소가 "구성되었다"라는 식으로 본 명세서에 기재된 표현은 상기 구성요소의 현재의 물리적 상태를 나타내는 것이며, 이처럼, 구성요소의 구조적인 특징의 명확한 표현을 위해 사용된 것이다.
본 명세서에 사용된 "바람직하게는" 및 "전형적으로"와 같은 용어는 청구된 실시예의 범위를 한정하기 위해 사용되지 않거나 또는 특별한 특징이 그 구조체나 작용에 결정적이거나, 필수적이거나, 또는 중요하다는 것을 나타내도록 사용되지 않음을 알 수 있을 것이다. 이외에, 이들 용어는 단지 본 발명의 실시예의 특별한 특징을 나타내기 위한 것이거나 또는 본 발명의 특별한 실시예에서 사용될 수도 또는 사용되지 않을 수도 있는 대안적인 특징이나 부가적인 특징을 강조하기 위한 것이다.
당업자라면 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않으면서 본 실시예에 대한 다양한 수정 및 변경이 행해질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 사상 및 내용을 통합하고 있는 개시된 실시예에 대한 여러 변경, 조합, 및 하위 조합(sub-combination)이 당업자에게 당연할 수 있고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내의 모든 것을 포함하도록 개시되어 있다.
Claims (20)
- 버너 가스 유입구 블럭, 하부 유동 플레이트, 상부 유동 플레이트, 버너 가스 유동 분배기, 및 버너 가스 배출 블럭을 포함한 버너 모듈으로서,
상기 버너 가스 유입구 블럭은 상기 버너 가스 유입구 블럭의 베이스에 배치된 복수의 가스 유입구, 및 가스 유입구 채널 파티션에 의해 분리된 복수의 가스 유입구 채널을 포함하고, 상기 가스 유입구 채널은 상기 버너 가스 유입구 블럭의 상기 가스 유입구로부터 상기 버너 가스 유입구 블럭의 유출구 면까지 뻗어있고;
상기 버너 가스 유동 분배기는 분산 채널 파티션에 의해 분리된 복수의 분산 채널을 포함하고, 상기 분산 채널은 상기 버너 가스 유동 분배기의 유입구 면으로부터 상기 버너 가스 유동 분배기의 유출구 면까지 뻗어있고;
각각의 상기 분산 채널 파티션은 상기 버너 가스 유동 분배기의 상기 유입구 면에서 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면을 포함하고;
상기 버너 가스 배출 블럭은 상기 버너 가스 배출 블럭의 버너 면에 위치된 복수의 개구, 및 가스 배출 채널 파티션에 의해 분리된 복수의 가스 배출 채널을 포함하고, 상기 가스 배출 채널은 상기 버너 가스 배출 블럭의 유입구 면으로부터 복수의 버너 면 채널까지 뻗어있고, 상기 버너 면 채널은 상기 가스 배출 채널로부터 상기 버너 면에 위치된 개구까지 뻗어있고;
각각의 상기 가스 배출 채널 파티션은 상기 버너 가스 배출 블럭의 상기 유입구 면에서 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면을 포함하고;
상기 하부 유동 플레이트는 길이 방향으로 뻗어있는 하부 유동 플레이트 랜드에 의해 분리된 복수의 하부 유동 플레이트 압력 구멍을 포함하고, 여기서 복수의 하부 유동 플레이트 압력 구멍 중 각각의 압력 구멍은 상기 분산 채널 중 하나의 채널 및 상기 가스 유입구 채널 중 하나의 채널과 유체 연통하고;
상기 상부 유동 플레이트는 상기 길이 방향으로 뻗어있는 상부 유동 플레이트 랜드에 의해 분리된 복수의 상부 유동 플레이트 압력 구멍을 포함하고, 여기서 복수의 상부 유동 플레이트 압력 구멍 중 각각의 구멍은 상기 분산 채널 중 하나의 채널 및 상기 가스 배출 채널 중 하나의 채널과 유체 연통하며; 그리고
상기 버너 모듈은 상기 버너 면 근방의 연소 구역에 버너 화염을 만들기 위한 화학적 증기 증착 공정에서 연소 위치로의 복수의 개구, 복수의 버너 면 채널, 가스 배출 채널, 상부 유동 플레이트 압력 구멍, 분산 채널, 하부 유동 플레이트 압력 구멍, 가스 유입구 채널, 및 가스 유입구를 통해 불활성 가스, 수트 전구체, 산화제 및 연소 가스를 이송하도록 구성되는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 버너 모듈은 연소 가스 공급원, 산화제 공급원, 불활성 가스 공급원, 및 수트 전구체 공급원을 더 포함하고;
복수의 가스 유입구는 적어도 하나의 연소 가스 유입구, 적어도 하나의 산화제 유입구, 적어도 하나의 불활성 가스 유입구, 및 적어도 하나의 전구체 유입구를 포함하고;
상기 적어도 하나의 연소 가스 유입구는 상기 연소 가스 공급원으로부터 상기 버너 모듈로 상기 연소 가스를 제공하고;
상기 적어도 하나의 산화제 유입구는 상기 산화제 공급원으로부터 상기 버너 모듈로 상기 산화제를 제공하고;
상기 적어도 하나의 불활성 가스 유입구는 상기 불활성 가스 공급원으로부터 상기 버너 모듈로 상기 불활성 가스를 제공하며; 그리고
상기 적어도 하나의 전구체 유입구는 상기 수트 전구체 공급원으로부터 상기 버너 모듈로 상기 수트 전구체를 제공하는 버너 모듈. - 청구항 2에 있어서,
상기 연소 가스 공급원, 상기 산화제 공급원, 상기 불활성 가스 공급원, 상기 수트 전구체 공급원, 또는 이들의 하위세트(subset)는 상기 연소 가스, 상기 산화제, 상기 수트 전구체, 및 상기 불활성 가스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 두 개의 인풋 매체의 혼합물을 포함하는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면 및 상기 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면 각각은 나이프 엣지 폭을 포함하고;
상기 분산 채널 파티션 및 상기 가스 배출 채널 파티션은 채널 파티션 폭을 포함하며; 그리고
상기 채널 파티션 폭은 상기 나이프 엣지 폭보다 더 큰 버너 모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 채널 파티션 폭은 적어도 하나의 승수(order of magnitude) 만큼 상기 나이프 엣지 폭보다 더 큰 버너 모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 나이프 엣지 폭은 대략적으로 0.005 인치 내지 대략적으로 0.031 인치인 버너 모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 나이프 엣지 폭은 대략적으로 0.005 인치 내지 대략적으로 0.031 인치이고; 그리고
상기 채널 파티션 폭은 대략적으로 0.04 인치 내지 대략적으로 0.08 인치인 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면 및 상기 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면은 상기 하부 유동 플레이트 및 상기 상부 유동 플레이트의 경도를 초과하는 경도를 갖는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면이나 또는 상기 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면은 끝이 잘린 삼각형 프리즘인 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 버너 가스 유입구 블럭의 상기 유출구 면과 상기 버너 가스 유동 분배기의 상기 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면 사이에 상기 하부 유동 플레이트에 의해 시일이 형성되는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 버너 가스 유동 분배기의 상기 유출구 면과 상기 버너 가스 배출 블럭의 상기 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면 사이에 상기 상부 유동 플레이트에 의해 시일이 형성되는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 유동 플레이트나, 상기 하부 유동 플레이트나, 또는 상기 상부 유동 플레이트 및 상기 하부 유동 플레이트가 개별 가스 유입구 채널, 상기 개별 분산 채널, 또는 상기 개별 가스 배출 채널 중 각각의 채널과 유체 연통하는 적어도 150개의 압력 구멍을 포함하는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 유동 플레이트나, 상기 하부 유동 플레이트나, 또는 상기 상부 유동 플레이트 및 상기 하부 유동 플레이트가 개별 가스 유입구 채널, 상기 개별 분산 채널, 또는 상기 개별 가스 배출 채널 중 각각의 채널과 유체 연통하는 적어도 450개의 압력 구멍을 포함하는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 유동 플레이트나, 상기 하부 유동 플레이트나, 또는 상기 상부 유동 플레이트 및 상기 하부 유동 플레이트가 대략적으로 0.02 인치 내지 대략적으로 0.03 인치의 직경을 갖는 압력 구멍을 포함하는 버너 모듈. - 청구항 14에 있어서,
단일의 채널과 연통하는 원형 압력 구멍이 단일의 라인을 따라서 배치된 상태에서, 상기 압력 구멍의 중심은 대략적으로 0.03 인치 내지 대략적으로 0.04 인치 이격되는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 유동 플레이트나, 상기 하부 유동 플레이트나, 또는 상기 상부 유동 플레이트 및 상기 하부 유동 플레이트가 대략적으로 0.01 인치 내지 대략적으로 0.03 인치의 직경을 갖는 압력 구멍을 포함하고, 그리고 단일의 채널과 연통하는 상기 압력 구멍은 적어도 두 개의 라인을 따라서 배치된 상태에서, 상기 압력 구멍의 중심은 각각의 라인을 따라서 대략적으로 0.015 인치 내지 대략적으로 0.030 인치 이격되는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 버너 모듈은 상기 버너 가스 유동 분배기, 상기 상부 유동 플레이트, 및 상기 버너 가스 배출 블럭을 정렬되게 위치시키도록 구성된 적어도 두 개의 정렬 핀을 더 포함하는 버너 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 버너 모듈은 상기 버너 가스 유동 분배기, 상기 하부 유동 플레이트, 및 상기 버너 가스 유입구 블럭을 정렬되게 위치시키도록 구성된 적어도 두 개의 정렬 핀을 더 포함하는 버너 모듈. - 유리 시트 또는 리본 성형 방법으로서,
수트 시트를 성형하기 위하여 회전하는 드럼의 증착 표면 상에 복수의 유리 수트 파티클을 증착하는 단계, 상기 회전하는 드럼의 상기 증착 표면으로부터 상기 수트 시트의 적어도 한 부분을 제거하는 단계, 및 이동하는 수트 시트의 상기 한 부분을 소결 온도까지 가열시킴으로써 상기 수트 시트의 적어도 한 부분을 치밀화된 유리로 소결하는 단계를 포함하고:
상기 유리 수트 파티클은 버너 가스 유입구 블럭, 하부 유동 플레이트, 상부 유동 플레이트, 버너 가스 유동 분배기, 및 버너 가스 배출 블럭을 포함한 버너 모듈을 통해 발생되고;
상기 버너 가스 유입구 블럭은 가스 유입구 채널 파티션에 의해 분리된 복수의 가스 유입구 채널 및 상기 버너 가스 유입구 블럭의 베이스에 배치된 복수의 가스 유입구를 포함하고, 상기 가스 유입구 채널은 상기 버너 가스 유입구 블럭의 상기 베이스로부터 상기 버너 가스 유입구 블럭의 유출구 면까지 뻗어있고;
상기 버너 가스 유동 분배기는 분산 채널 파티션에 의해 분리된 복수의 분산 채널을 포함하고, 상기 분산 채널은 상기 버너 가스 유동 분배기의 유입구 면으로부터 상기 버너 가스 유동 분배기의 유출구 면까지 뻗어있고;
상기 분산 채널 파티션 중 각각의 파티션은 상기 버너 가스 유동 분배기의 상기 유입구 면에서 나이프 엣지 하부 유동 플레이트 접촉 표면을 포함하고;
상기 버너 가스 배출 블럭은 가스 배출 채널 파티션에 의해 분리된 복수의 가스 배출 채널 및 상기 버너 가스 배출 블럭의 버너 면 상에 위치된 복수의 개구를 포함하고, 상기 가스 배출 채널은 상기 버너 가스 배출 블럭의 유입구 면으로부터 복수의 버너 면 채널까지 뻗어있고, 상기 버너 면 채널은 상기 가스 배출 채널로부터 상기 버너 면 상에 위치된 상기 개구까지 뻗어있고;
상기 가스 배출 채널 파티션 중 각각의 파티션은 상기 버너 가스 배출 블럭의 상기 유입구 면에서 나이프 엣지 상부 유동 플레이트 접촉 표면을 포함하고;
상기 하부 유동 플레이트는 길이 방향으로 뻗어있는 하부 유동 플레이트 랜드에 의해 분리된 복수의 하부 유동 플레이트 압력 구멍을 포함하고, 여기서 복수의 하부 유동 플레이트 압력 구멍 중 각각의 압력 구멍은 상기 분산 채널 중 하나의 채널 및 상기 가스 유입구 채널 중 하나의 채널과 유체 연통하고;
상기 상부 유동 플레이트는 길이 방향으로 뻗어있는 상부 유동 플레이트 랜드에 의해 분리된 복수의 상부 유동 플레이트 압력 구멍을 포함하고, 여기서 각각의 복수의 상부 유동 플레이트 압력 구멍 중 각각의 압력 구멍은 상기 가스 배출 채널 중 하나의 채널 및 상기 분산 채널 중 하나의 채널과 유체 연통하며; 그리고
상기 버너 모듈은 상기 버너 면 근방의 연소 구역에 버너 화염을 만들기 위한 화학적 증기 증착 공정에서 연소 위치로의 복수의 개구, 복수의 버너 면 채널, 가스 배출 채널, 상부 유동 플레이트 압력 구멍, 분산 채널, 하부 유동 플레이트 압력 구멍, 가스 유입구 채널, 및 가스 유입구를 통해 불활성 가스, 수트 전구체, 산화제 및 연소 가스를 이송하도록 구성되는 유리 시트 또는 리본 성형 방법. - 청구항 19에 따라 성형된 유리 시트나 리본으로서,
성형된 유리 시트는 대략적으로 0.05 미크론보다 작은 피크 대 밸리 표면 형성부를 나타내는 성형된 유리 시트나 리본.
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