KR20160090324A - 유리 제조 장치 및 유리 리본 제조 방법 - Google Patents

유리 제조 장치 및 유리 리본 제조 방법 Download PDF

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윌리엄 존 퍼나스
가오주 펭
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

유리 제조 장치는 타겟 표면으로 열 방향을 따라 열을 방사하도록 구성된 가열 모듈을 포함한다. 상기 가열 모듈은 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제1세트의 가열 세그먼트들 및 열 방향으로 상기 제1가열 평면으로부터 공간 이격된 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트들을 포함하는 평행한 다수의 가열 세그먼트를 포함하는 제1세장형 저항 가열 요소를 구비한다. 다른 예에 있어서, 다량의 용융 유리로부터 유리 리본을 제조하는 방법은 배치(batch) 재료를 다량의 용융 유리로 용융시키는 단계, 상기 용융 유리로부터 유리 리본을 형성하는 단계, 및 제1세장형 저항 가열 요소를 통해 전류를 패싱(passing)함으로써 방사열 전달에 의해 용융 유리 및 유리 리본의 적어도 하나를 가열하는 단계를 포함한다.

Description

유리 제조 장치 및 유리 리본 제조 방법{GLASS MANUFACTURING APPARATUS AND METHODS OF FABRICATING GLASS RIBBON}
본 출원은 2013년 11월 26일 출원된 미국 가출원 제61/909,015호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 개시는 통상 유리 제조 장치 및 유리 리본 형성 방법에 관한 것으로, 특히 하나 또는 그 이상의 세장형(elongated) 저항 가열 요소를 구비하는 가열 모듈을 포함하는 유리 제조 장치 및 가열 모듈에 의해 유리 리본을 형성하는 방법에 관한 것이다.
유리 시트는 통상 예컨대 액정 디스플레이(LCD), 전기영동 디스플레이(EPD), 유기발광다이오드 디스플레이(OLED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등과 같은 디스플레이 애플리케이션에 사용된다. 유리 시트는 통상 다양한 리본 형성 프로세스, 예컨대 슬롯 드로우(slot draw), 플로트(float), 다운-드로우(down-draw), 퓨전 다운-드로우(fusion down-draw), 또는 업-드로우(up-draw)에 의해 유리 리본이 형성되는 성형체로 용융 유리를 유동시킴으로써 제조된다. 다음에 그 유리 리본은 원하는 디스플레이 애플리케이션으로 더 처리하기에 적절한 시트 유리를 제공하기 위해 분할된다.
본 개시는 하나 또는 그 이상의 세장형 저항 가열 요소를 구비하는 가열 모듈을 포함하는 유리 제조 장치 및 가열 모듈에 의해 유리 리본을 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
이하 상세한 설명에 기술된 몇몇 예시의 형태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 개시의 간단한 요약을 제공한다.
본 개시의 제1형태에 있어서, 유리 제조 장치는 다량의 용융 유리로부터 유리 리본을 제조하도록 구성된다. 그러한 유리 제조 장치는 유리 제조 장치의 타겟 표면 및/또는 유리 리본으로 열 방향을 따라 열을 프로젝트(project)하도록 구성된 가열 모듈을 포함한다. 상기 가열 모듈은 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제1세트의 가열 세그먼트들 및 열 방향으로 상기 제1가열 평면으로부터 이격된 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트들을 포함하는 평행한 다수의 가열 세그먼트를 포함하는 제1세장형 저항 가열 요소를 구비한다. 그러한 가열 세그먼트들은 제1세트의 가열 세그먼트들의 하나와 제2세트의 가열 세그먼트들의 하나간 교대로 그리고 직렬로 배열되며, 각각의 상기 제1세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 프로젝션(projection)은 대응하는 인접한 쌍의 제2세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 인접한 쌍의 프로젝션들간 규정된 스페이스(space)를 통해 적어도 부분적으로 확장한다.
제1형태의 일 예에 있어서, 제1가열 평면 및 제2가열 평면은 형태가 유사하다.
제1형태의 다른 예에 있어서, 제1가열 평면은 제2가열 평면과 평행하다.
제1형태의 또 다른 예에 있어서, 제1가열 평면 및 제2가열 평면의 적어도 하나는 평평하다.
제1형태의 또 다른 예에 있어서, 각각의 가열 요소는 거의 일직선이다.
제1형태의 다른 예에 있어서, 세장형 저항 가열 요소는 제1세트의 가열 세그먼트들의 하나의 가열 세그먼트를 제2세트의 가열 세그먼트들의 하나의 가열 세그먼트와 연결하기 위해 제1가열 평면과 제2가열 평면간 각각 스패닝(spanning)되는 다수의 연결 세그먼트를 포함한다.
제1형태의 다른 예에 있어서, 가열 세그먼트들의 프로젝션들은 100%의 필 팩터(fill factor)를 제공한다.
제1형태의 또 다른 예에 있어서, 세장형 저항 가열 요소는 이규화몰리브덴(MoSi2)을 포함한다.
제1형태의 또 다른 예에 있어서, 유리 제조 장치는 평행한 다수의 가열 세그먼트를 포함하는 제2세장형 저항 가열 요소를 더 포함한다. 제2세장형 저항 가열 요소의 각각의 가열 세그먼트는 상기 제1세장형 저항 가열 요소의 대응하는 쌍의 가열 요소들간 적어도 일부 측면으로 위치한다. 일 예에 있어서, 제2세장형 저항 가열 요소의 평행한 다수의 가열 세그먼트는 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트 및 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트를 포함한다.
제1형태는 상기 기술한 제1형태의 예 단독으로 또는 그 예들의 소정 조합으로 제공된다.
본 개시의 제2형태에 있어서, 유리 제조 장치는 다량의 용융 유리로부터 유리 리본을 제조하도록 구성된다. 상기 유리 제조 장치는 이 유리 제조 장치의 타겟 표면으로 열 방향을 따라 열을 프로젝트하도록 구성된 가열 모듈을 포함한다. 그러한 가열 모듈은 굴곡진 다수의 연결 세그먼트에 의해 직렬로 서로 연결된 평행한 다수의 가열 세그먼트로 굴곡진 적어도 하나의 세장형 저항 가열 요소를 포함한다. 가열 세그먼트들은 열 방향에 수직인 측방향을 따라 서로 측면으로 공간 이격된다. 그러한 열 방향으로 가열 세그먼트들의 인접한 프로젝션들간 측면 공간 이격은 적어도 하나의 세장형 저항 가열 요소의 최소 굴곡 반경보다 2배 적다.
제2형태의 일 예에 있어서, 평행한 다수의 가열 세그먼트는 측방향으로 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제1세트의 가열 세그먼트들 및 측방향으로 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트들을 포함하며, 상기 제2가열 평면은 열 방향으로 상기 제1가열 평면으로부터 공간 이격된다. 가열 세그먼트들은 제1세트의 가열 세그먼트들의 하나와 제2세트의 가열 세그먼트들의 하나간 교대로 배열된다. 각각의 제1세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 프로젝션은 대응하는 인접한 쌍의 제2세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 인접한 쌍의 프로젝션들간 규정된 스페이스를 통해 적어도 부분적으로 확장한다. 일 예에 있어서, 제1가열 평면은 제2가열 평면과 평행하다. 다른 예에 있어서, 제1가열 평면 및 제2가열 평면의 적어도 하나는 평평하다.
제2형태의 다른 예에 있어서, 각각의 가열 요소는 거의 일직선이다.
제2형태의 또 다른 예에 있어서, 가열 세그먼트들의 프로젝션들은 100%의 필 팩터를 제공한다.
제2형태의 또 다른 예에 있어서, 세장형 저항 가열 요소는 이규화몰리브덴(MoSi2)를 포함한다.
제2형태의 다른 예에 있어서, 적어도 하나의 세장형 저항 가열 요소는 다수의 세장형 저항 가열 요소를 포함하며, 상기 다수의 세장형 저항 가열 요소의 하나의 각각의 가열 세그먼트는 다수의 세장형 저항 가열 요소의 다른 하나의 한 쌍의 가열 세그먼트들간 적어도 일부 측면으로 위치한다.
제2형태는 상기 기술한 제2형태의 예 단독으로 또는 그 예들의 소정 조합으로 제공된다.
본 개시의 제3형태에 있어서, 다량의 용융 유리로부터 유리 리본을 제조하는 방법은 배치(batch) 재료를 다량의 용융 유리로 용융시키는 단계 (I) 및 상기 용융 유리로부터 유리 리본을 형성하는 단계 (II)를 포함한다. 상기 방법은 제1세장형 저항 가열 요소를 통해 전류를 패싱(passing)함으로써 방사열 전달에 의해 용융 유리 및 유리 리본의 적어도 하나를 가열하는 단계 (III)를 더 포함한다. 상기 제1세장형 저항 가열 요소는 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제1세트의 가열 세그먼트들 및 열 방향으로 상기 제1가열 평면으로부터 공간 이격된 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트들을 포함한다. 그러한 가열 세그먼트들은 제1세트의 가열 세그먼트들의 하나와 제2세트의 가열 세그먼트들의 하나간 교대로 그리고 직렬로 배열된다. 각각의 제1세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 프로젝션들은 대응하는 인접한 쌍의 제2세트의 가열 세그먼들의 열 방향의 인접한 쌍의 프로젝션들간 규정된 스페이스를 통해 적어도 부분적으로 확장한다.
제3형태의 일 예에 있어서, 가열 세그먼트들의 프로젝션들은 100%의 필 팩터를 제공한다.
제3형태는 상기 기술한 제3형태의 예 단독으로 또는 그 예들의 소정 조합으로 제공된다.
이들 및 다른 형태들은 수반되는 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 개시의 일 예에 따른 성형 장치를 포함하는 유리 제조 장치의 개략도이고;
도 2는 도 1의 라인 2-2에 따른 성형 장치의 단면 확대 사시도이고;
도 3은 도 1의 라인 2-2에 따른 성형 장치의 단면도이고;
도 4는 본 개시의 일 예에 따른 가열 모듈의 사시도이고;
도 5는 도 4의 라인 5-5에 따른 가열 모듈의 정면도이고;
도 6은 도 5의 라인 6-6에 따른 가열 모듈의 상면도이고;
도 7은 대응하는 인접한 쌍의 제2세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 인접한 쌍의 프로젝션들간 규정된 스페이를 통해 적어도 부분적으로 확장하는 각각의 제1세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 프로젝션들을 갖는 도 6의 가열 모듈을 개략적으로 나타내며;
도 8은 타겟 표면 상의 도 7의 제1 및 제2세트의 가열 세그먼트들의 프로젝트된 풋프린트(footprint)를 나타내고;
도 9는 도 5의 라인 9-9에 따른 가열 모듈의 측면도이고;
도 10은 본 개시의 다른 예에 따른 가열 모듈의 상부 투시도이고;
도 11은 대응하는 인접한 쌍의 제2세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 인접한 쌍의 프로젝션들간 규정된 스페이스를 통해 적어도 부분적으로 확장하는 각각의 제1세트의 가열 세그먼트들의 열방향의 프로젝션들을 갖는 도 10의 가열 모듈의 확대부를 개략적으로 나타내고, 그러한 가열 모듈은 100%의 필 팩터를 포함하며;
도 12는 타겟 표면 상의 도 10의 제1 및 제2세트의 가열 세그먼트들의 프로젝트된 풋프린트를 나타내고;
도 13은 도 10의 가열 모듈의 측면도이고;
도 14는 본 개시의 또 다른 예에 따른 가열 모듈의 사시도이고;
도 15는 도 14의 가열 모듈의 상면도이며;
도 16은 도 14의 가열 모듈의 측면도이다.
이제, 예시의 실시예들이 나타난 수반되는 도면을 참조하여 이하 예들을 좀더 충분히 기술한다. 가능한 한, 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분에는 동일한 참조부호가 사용된다. 그러나, 형태들은 많은 다른 형태로 실시되고, 본원에 기술한 실시예들로 한정하는 것으로 해석하지 않을 것이다.
도 1은 유리 시트로 다음 처리를 위해 유리 리본(103)을 퓨전 드로잉하기 위한 유리 제조 장치의 개략도를 나타낸다. 나타낸 유리 성형 장치는 다른 성형 장치가 다른 예들에 제공될 지라도 퓨전 드로우 장치를 포함한다. 그러한 유리 제조 장치(101)는 저장통(109)으로부터 배치 재료(107)를 받아들이도록 구성된 용융 용기(105; 예컨대 용융로)를 포함할 수 있다. 상기 배치 재료(107)는 모터(113)에 의해 작동되는 배치 전달 장치(111)에 의해 도입될 수 있다. 옵션의 콘트롤러(115)가, 화살표 117로 나타낸 바와 같이, 상기 용융 용기(105) 내로 원하는 양의 배치 재료(107)를 도입하도록 모터(113)를 활성화시키도록 구성될 수 있다. 유리 금속 프로브(119; probe)가, 스탠드파이프(123; standpipe) 내에 유리 용융물(121; 예컨대, 용융 유리) 레벨을 측정하고, 그 측정된 정보를 통신 라인(125)에 의해 콘트롤러(115)로 전송하기 위해 사용될 수 있다.
또한 상기 유리 제조 장치(101)는 용융 용기(105) 하류에 위치되고 제1연결 튜브(129)에 의해 상기 용융 용기(105)에 유체 연결된 정제 튜브와 같은 정제 용기(127)를 포함할 수 있다. 또한 교반 챔버와 같은 혼합 용기(131)는 상기 정제 용기(127) 하류에 위치될 수 있으며, 보울(bowl)과 같은 전달 용기(133)는 상기 혼합 용기(131) 하류에 위치될 것이다. 나타낸 바와 같이, 제2연결 튜브(135)는 상기 정제 용기(127)를 상기 혼합 용기(131)에 연결할 수 있고, 제3연결 튜브(137)는 상기 혼합 용기(131)를 상기 전달 용기(133)에 연결할 수 있다. 더 나타낸 바와 같이, 다운커머(139; downcomer)는 상기 전달 용기(133)에서 성형 장치(143)의 유입구(141)로 용융 유리(121)를 전달하도록 위치될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 상기 용융 용기(105), 정제 용기(127), 혼합 용기(131), 전달 용기(133), 및 성형 장치(143)는 유리 제조 장치(101)를 따라 직렬로 위치되는 유리 용융 스테이션의 예들이다.
상기 용융 용기(105)는 통상 내화(예컨대, 세라믹) 벽돌과 같은 내화물로 이루어진다. 상기 유리 제조 장치(101)는 통상 플래티넘, 또는 플래티넘-로듐, 플래티넘-이리듐 및 그 조합물과 같은 플래티넘-함유 금속으로 이루어지나, 몰리브뎀, 팔라듐, 레늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 루테늄, 오스뮴, 지르코늄, 및 그 합금 및/또는 산화 지르코늄과 같은 내화 금속을 포함하는 요소들을 더 포함한다. 그러한 플래티넘-함유 요소들은 하나 또는 그 이상의 제1연결 튜브(129), 정제 용기(127; 예컨대, 정제 튜브), 제2연결 튜브(135), 스탠드파이프(123), 혼합 용기(131; 예컨대, 교반 챔버), 제3연결 튜브(137), 전달 용기(133; 예컨대, 보울), 다운커머(139) 및 유입구(141)를 포함할 수 있다. 상기 성형 장치(143)는 내화물과 같은 세라믹 물질로 이루어지며, 유리 리본(103)을 형성하도록 디자인된다.
상기 유리 제조 장치(101)는 도 1 및 2에 개략적으로 나타낸 하나 또는 그 이상의 가열 모듈(151)을 더 포함할 수 있다. 그러한 가열 모듈(151)은 유리 리본을 직접 가열하기 위해 위치되고 그리고/또 그 유리 리본을 간접적으로 가열하기 위해 상기 유리 제조 장치(101)의 일부에 열을 제공하도록 다양한 위치에 위치될 수 있다. 예컨대, 상기 가열 모듈(151)은 에지 디렉터(edge director)를 통해 패싱되는 유리 리본의 에지를 직접 가열하고 그리고/또 상기 에지 디렉터를 통해 패싱되는 유리 리본의 에지를 간접적으로 가열하기 위해 에지 디렉터(223; 도 2 참조)를 가열하도록 구성된 에지 디렉터 가열 모듈(153a, 153b)을 포함한다. 그와 같은 예들에 있어서, 그러한 에지 디렉터 가열 모듈(153a, 153b)은 각각의 에지 디렉터에 원하는 가열을 제공하도록 독립적으로 동작될 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 다른 예들에 있어서, 일련의 가열 모듈(155a-e)은 드로우된 유리 리본을 직접 가열하기 위해 가열 축을 따라 공간 이격될 것이다. 그와 같은 예들에 있어서, 상기 가열 모듈(155a-e)은 가열 축으로 패싱되는 유리 리본의 측면 영역을 적절히 가열하기 위해 상기 가열 축을 따라 원하는 열 프로파일(heat profile)을 제공하도록 독립적으로 동작될 것이다.
따라서, 몇몇 예들에서, 하나 또는 그 이상의 가열 모듈(151)은 성형 장치(143)로부터 드로우된 유리 리본 및/또는 상기 성형 장치(143)의 일부에 방사열을 직접 또는 간접적으로 프로젝트하기 위한 성형 장치(143)의 부근에 위치될 수 있다. 다른 예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 가열 모듈(151)은 용융 용기(105), 정제 용기(127), 혼합 용기(131), 또는 전달 용기(133)와 같은 소정의 유리 용융 스테이션의 부근에 위치될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 가열 모듈(151)은 용융 유리(121)에 열을 제공할 수 있다.
도 2는 도 1의 라인 2-2에 따른 유리 제조 장치(101)의 단면 사시도이다. 나타낸 바와 같이, 성형 장치(143)는 트로프(201; trough)의 대향하는 측면들을 규정하는 제1위어(203; weir) 및 제2위어(205)를 포함하는 한 쌍의 위어에 의해 적어도 부분적으로 규정된 트로프(201)를 포함할 수 있다. 상기 성형 장치(143)는 성형 웨지(211; forming wedge)의 대향된 단부들간 확장되는 한 쌍의 하향 경사진 성형 표면부(213, 215)를 포함하는 성형 웨지(211)를 더 포함할 수 있다. 그러한 한 쌍의 하향 경사진 성형 표면부(213, 215)는 루트(219; root)를 형성하기 위해 하류 방향(217)을 따라 수렴된다. 드로우 평면(221; draw plane)은 루트(219)에 걸쳐 확장되고, 유리 리본(103)은 상기 드로우 평면(221)을 따라 하류 방향(217)으로 드로우될 것이다. 나타낸 바와 같이, 그러한 드로우 평면(221)은 이 드로우 평면(2210이 루트(219)에 대해 다른 방위로 확장될 지라도 그 루트(219)를 양분할 수 있다.
상기 성형 장치(143)는 한 쌍의 하향 경사진 성형 표면부(213, 215)의 적어도 하나와 교차하는 하나 또는 그 이상의 에지 디렉터(223)가 옵션으로 제공될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 에지 디렉터는 양쪽의 하향 경사진 성형 표면부(213, 215)와 교차할 수 있다. 다른 예들에 있어서, 에지 디렉터는 성형 웨지(211)의 각각의 대향된 단부들에 위치될 수 있으며, 여기서 유리 리본(103)의 에지가 그러한 에지 디렉터(223)를 유동하는 용융 유리에 의해 형성된다. 예컨대, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 에지 디렉터(223)는 제1대향 단부(225)에 위치될 수 있고, 동일한 제2에지 디렉터(도 2에 나타내지 않음)는 제2대향 단부(227)에 위치될 수 있다(도 1의 223 참조). 각각의 에지 디렉터(223)는 양쪽의 하향 경사진 성형 표면부(213, 215)들과 교차하도록 구성될 수 있다. 각각의 에지 디렉터(223)는 비록 그러한 에지 디렉터들이 다른 예들에서 다른 특성을 가질 지라도 서로 거의 동일할 수 있다. 본 개시의 형태들에 따라 다양한 성형 웨지 및 에지 디렉터 구성이 사용될 것이다. 예컨대, 본 개시의 형태들은 그 모든 내용이 본원에 포함되는 미국특허 제3,451,798호, 미국특허 제3,537,834호 및/또는 미국특허 제7,409,839호에 개시된 성형 웨지 및 에지 디렉터 구성들이 사용될 것이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 가열 모듈(151)은 적어도 세장형 저항 가열 요소(251)를 포함할 수 있다. 일 예에 있어서, 그러한 저항 가열 요소(251)는 비록 그 가열 요소가 다른 예들에서 다른 구조에 설치되거나 단독 설치될 지라도 마운팅 블록(229; mounting block)에 설치될 것이다. 다른 예에 있어서, 상기 저항 가열 요소(251)의 일부는 상기 마운팅 블록(229) 또는 다른 구조에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 하우징되거나, 매립되거나, 또는 아니면 수용될 수 있다. 예컨대, 상기 전체 저항 가열 요소는 타겟 영역 쪽의 방향으로 마운팅 블록을 통해 열을 전달하기 위해 마운팅 블록 내에 내장(예컨대, 캡슐화)되거나 또는 공동 내에 하우징될 수 있다. 일 예에 있어서, 저항 가열 요소로부터의 열은 타겟 표면으로 방사하기 전에 탄화 규소(SiC)와 같은 열전도성 재료를 통해 패스될 수 있다.
도 3은 도 2의 라인 2-2에 따른 유리 제조 장치의 예시의 단면도를 나타내며, 여기서 유리 제조 장치(101)와 관련된 가열 모듈(151)들의 예시의 위치가 나타나 있다. 그러한 가열 모듈(151)들은 타겟 표면의 부근에, 예컨대 성형 장치(143; 도 2 참조)의 양측에 위치될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 각각의 가열 모듈은 저항 가열 요소(251)의 세그먼트(255, 257)들이 드로우 평면(221)에 거의 평행하게 확장하도록 위치될 수 있다. 다른 예에 있어서, 상기 가열 모듈(151)은 그러한 세그먼트(255, 257)들이 각각의 타겟 성형 표면부(213, 215)에 거의 평행하게 확장하도록 위치될 수 있다. 비록 나타내진 않았지만, 다른 예들에서, 가열 모듈(151)은 상기 세그먼트(255, 257)들이 가열 애플리케이션에 따라 타겟 표면에 대해 비스듬히 확장하도록 방위될 수 있다. 그러나, 그러한 타겟 표면에 거의 평행한 방위는 심지어 가열 모듈의 전체 타겟 가열 풋프린트(heating footprint)를 따라 열 분산을 촉진할 수 있다. 가열 모듈(151)과 타겟 표면간 거리는 원하는 타겟 표면 온도, 가열 모듈(151)의 총 가열 파워 등에 기초하여 결정될 수 있다.
도 4-5에 따르면, 본 개시의 제1실시예에 따른 세장형 저항 가열 모듈(151)의 사시도 및 정면도가 각각 나타나 있다. 세장형 저항 가열 요소(251)는 이 저항 가열 요소(251)에 의해 가열될 타겟 쪽을 향해 저항 가열 요소(251)의 표면으로부터 방사선 형태의 열 에너지를 전달할 수 있다. 상기 저항 가열 요소(251)는 이규화몰리브덴(MoSi2), 칸탈 아이언-크롬-알루미늄(FeCrAl; Kanthal iron-chromium-aluminum) 합금, Alkrothal FeCrAl 합금, NiCr계 합금, 탄화 규소(SiC), 또는 금속 물질, 세라믹 물질 또는 그 조합물을 포함하는 다른 저항 요소를 포함할 수 있다.
상기 세장형 저항 가열 요소(251)는 각각의 가열 세그먼트(255, 257)의 양 단부에 제1단부(258) 및 제2단부(260)를 각각 포함하는 제1세트의 가열 세그먼트(255)들 및 제2세트의 가열 세그먼트(257)들을 포함할 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1세트의 가열 세그먼트(255)들은 서로 평행한 관계로 배열될 수 있다. 더욱이, 나타낸 바와 같이, 제1세트의 가열 세그먼트(255)들은 스페이스가 그 제1세트의 가열 세그먼트(255)들의 한 쌍의 인접한 가열 세그먼트들간 규정되도록 서로 공간 이격될 수 있다. 그와 같이, 제1세트의 가열 세그먼트(255)들의 각각의 가열 세그먼트는 인접한 쌍의 가열 세그먼트들을 접촉하지 않고 그 인접한 쌍의 가열 세그먼트(255)들간 위치될 수 있고, 몇몇 예들에서 서로 평행해질 수 있다. 마찬가지로, 제2세트의 가열 세그먼트(257)들은 서로 평행한 관계로 배열될 수 있다. 더욱이, 나타낸 바와 같이, 제2세트의 가열 세그먼트(257)들은 스페이스가 제2세트의 가열 세그먼트(257)들의 인접한 쌍의 가열 세그먼트들간 규정되도록 서로 공간 이격될 수 있다. 그와 같이, 제2세트의 가열 세그먼트(257)들의 각각의 가열 세그먼트는 인접한 쌍의 가열 세그먼트들을 접촉하지 않고 인접한 쌍의 가열 세그먼트(257)들간 위치될 수 있고, 몇몇 예들에서 서로 평행해질 수 있다.
각각의 제1 및 제2세트의 가열 세그먼트(255)들의 각각의 가열 세그먼트는 다양한 구성으로 배열되는 광범위한 다양한 형태 및 크기를 갖는 미리 결정된 직경의 로드(rod)를 포함할 수 있다. 예컨대, 그러한 가열 세그먼트(255, 257)들은 거의 일직선이지만, 다른 예에서 그 일부의 가열 세그먼트는 나선형, "S"자형, "C"자형, 사형(serpentine), 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
또한 상기 세장형 저항 가열 요소(251)는 제1세트의 가열 세그먼트(255)들의 하나와 제2세트의 가열 세그먼트(257)들의 하나를 각각 연결하는 다수의 연결 세그먼트(267)를 포함할 수 있다. 몇몇 예들에 있어서, 그러한 연결 세그먼트(267)들은 제1세트의 가열 세그먼트(255)들의 하나의 가열 세그먼트를 제2세트의 가열 세그먼트(257)들의 하나의 가열 세그먼트와 연결시에 굴곡 반경(269)을 규정하는 굴곡진 세그먼트와 같은 로브(lobe)를 포함한다. 그러한 연결 세그먼트(267)들의 굴곡 반경(269)은 그 연결 세그먼트(267)들의 직경에 기초하여 디자인될 수 있다. 예컨대, 몇몇 예들에서, 상기 연결 세그먼트(267)들의 최소 굴곡 반경(269)은 그 연결 세그먼트(267)의 직경에 4 내지 5배가 될 수 있다. 또한 상기 연결 세그먼트(267)들의 굴곡 반경(269)은 그 연결 세그먼트(267)의 열-기계적 특성에 좌우될 수 있다. 연결 세그먼트(267)가 세장형 저항 가열 요소에 대한 최소 굴곡 반경(269) 이하로 더 굴곡진 경우, 그 세장형 저항 가열 요소의 성능은 반대로 저하될 수 있다. 예컨대, 그러한 저항 가열 요소의 직경은 얇아지거나 절단될 수 있다. 그와 같이, 가열 세그먼트에서 타겟으로 열 에너지의 증가된 공급을 동시에 제공하면서 세장형 저항 가열 요소의 성능 및 구조적 무결성을 유지하기 위해 그러한 최소 굴절 반경으로 또는 그 이상으로 굴곡 반경을 유지하는 것이 바람직하다. 이는 각각의 오프셋 가열 평면(예컨대, 261, 263)들을 따라 확장하는 지그재그형 가열 세그먼트(255, 257)들을 갖는 세장형 저항 가열 요소를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이러한 형태의 세장형 저항 가열 요소의 배열은 최소 굴곡 반경으로 또는 그 이상으로 굴곡 반경을 유지하면서 증가된 필 팩터(fill factor)를 갖는 가열 세그먼트들의 가열 프로젝션들을 효율적으로 콤팩트(compact)하게 할 수 있다.
상기 연결 세그먼트(267)들이 또 다른 형태로 될 수 있다는 것을 알아야 한다. 일 예에 있어서, 상기 연결 세그먼트(267)들은 예각, 둔각 및/또는 직각으로 각질 수 있다. 다른 예에 있어서, 일부의 연결 세그먼트(267)는 나선형, 및 "S"자형, 또는 "C"자형을 포함할 수 있다.
도 6은 라인 6-6을 따라 도 4의 각각의 가열 모듈(151)의 상면도를 나타내며, 여기서 저항 가열 요소(251)는 마운팅 블록(229)에 설치된다. 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2세트의 가열 세그먼트(255, 257)들은 공간적으로 분리된 평면 상에 배열되도록 구성될 수 있다. 제1세트의 가열 세그먼트(255)들은 제1가열 평면(261)을 따라 확장될 수 있다. 유사하게, 제2세트의 가열 세그먼트(257)들은 제2가열 평면을 따라 확장될 수 있으며, 여기서 상기 제2가열 평면(263)은 열 방향(253)으로 미리 결정된 깊이 오프셋(265; depth offset) 만큼 상기 제1가열 평면(261)으로부터 공간 이격될 수 있다.
상기 제1 및 제2가열 평면(261, 263)은 형태에 있어서 서로 가상적으로 그리고 형태적으로 유사할 수 있다는 것을 알아야 한다. 상기 제1 및 제2가열 평면(261, 263)들은 이 제1가열 평면(261)과 제2가열 평면(263)간 미리 결정된 깊이 오프셋(265)에 따라 서로 평평하게 평행해지도록 구성될 수 있다. 다른 예들에 있어서, 상기 제1 및 제2가열 평면은 가열될 대상의 형태에 따라 다른 구성들로 배열될 수 있다. 예컨대, 원통형 타겟의 굴곡측의 가열시, 제1 및 제2가열 평면의 적어도 하나는 가열될 원통형 타겟의 둘레를 감싸도록 굴곡진 형태를 포함할 수 있다. 다른 예에 있어서, 평평한 타겟이 저항 가열 요소에 의해 가열될 때, 제1 및 제2가열 평면의 적어도 하나는 가열될 평평한 타겟의 형태에 맞게 하기 위해 평평해지도록 구성될 수 있다.
상기 제1 및 제2세트의 가열 세그먼트(255, 257)들은 직렬로 배열될 수 있고, 상기 제1세트의 가열 세그먼트(255)들의 하나와 제2세트의 가열 세그먼트(257)들의 하나간 교대로 배열될 수 있다. 예컨대, 상기 제1세트의 가열 세그먼트(255)들의 하나의 제1가열 세그먼트는 제1가열 평면(261) 상에 존재할 수 있고, 반면 제2세트의 가열 세그먼트(257)들의 인접한 하나의 제2가열 세그먼트는 제2가열 평면(263) 상에 존재할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 각각의 연결 세그먼트(267)는 제1세트의 가열 세그먼트(255)들의 하나의 가열 세그먼트를 제2세트의 가열 세그먼트(257)들의 하나의 가열 세그먼트와 연결하도록 제1가열 평면(261)과 제2가열 평면(263)간 스패닝될 수 있다.
상기 제1가열 평면(261)과 제2가열 평면(263)간 스패닝되는 가열 세그먼트에 있어서, 각도 오프셋(271)은 각 세트의 인접한 가열 세그먼트들에 의해 형성된 평면들간 각도로 규정될 수 있다. 도 6에서 그러한 가열 요소(251)에 대한 각도 오프셋(271)은 90°이지만, 제1 및 제2가열 평면 상의 그러한 가열 세그먼트들의 구성에 따라 15°, 30°, 45° 또는 60° 또는 0과 180°간 소정의 각도와 같은 다른 각도 오프셋이 가능하다. 또한, 저항 가열 요소가 하나의 각도 오프셋을 포함할 수 있지만, 또 다른 예에서, 예컨대 복잡한 표면 형태를 갖는 타겟의 경우, 그 저항 가열 요소는 그 타겟의 표면 형태에 맞게 하기 위해 다수의 다른 각도 오프셋을 가질 수 있다는 것을 알아야 한다.
필 팩터는 타겟 상으로 저항 가열 요소에 의해 프로젝트된 총 열의 양을 결정할 경우의 파라미터들 중 하나가 될 수 있다. 그러한 필 팩터는 저항 가열 요소의 총 풋프린트에 대한 타겟 표면에 의해 관찰된 가열 세그먼트들의 표면 영역의 비율로 규정될 수 있으며, 여기서 그러한 저항 가열 요소의 총 풋프린트는 저항 가열 요소 자체의 풋프린트 및 인접한 가열 세그먼트들간 소정의 갭들 모두를 포함한다. 그러한 갭들은 열이 소정의 가열 세그먼트에 의해 직접적으로 제공되지 않고, 이에 따라 타겟 표면의 온도 증가에 기여하지 않는 영역을 나타낸다. 따라서, 단일의 타겟 표면 영역으로 프로젝트된 총 열의 양 및 강도가 통상 상기 필 팩터와 비례 관계에 있다는 것을 알 수 있다. 180°의 각도 오프셋을 갖는 평면의 저항 가열 요소에 있어서, 그러한 필 팩터는 통상 20%보다 작을 수 있다. 이러한 평면의 가열 요소에 대한 제한된 필 팩터는 인접한 가열 세그먼트들간 형성된 갭 및 개구에 기인될 수 있다.
이러한 개시에 있어서, 높은 필 팩터는 저항 가열 요소의 각도 오프셋을 콘트롤함으로써 달성될 수 있다. 즉, 단일의 타겟 표면 상의 가열 세그먼트들의 프로젝션들이 콘트롤될 수 있다.
도 7은 열 방향(253)으로 타겟(273)의 표면(275) 상으로 도 4의 가열 모듈(151)의 각각의 가열 세그먼트로부터의 열의 프로젝션을 개략적으로 나타내며, 여기서 저항 가열 요소(251)는 90°각도 오프셋을 포함한다. 제1세트의 가열 세그먼트(255)들로부터의 제1프로젝션(277)들은 점선으로 나타냈고, 제2세트의 가열 세그먼트(257)들로부터의 제2프로젝션(279)들은 실선으로 나타냈다. 도 7에서의 저항 가열 요소의 필 팩터는 180°의 각도 오프셋을 갖는 통상의 평면의 가열 요소의 거의 2배인 약 40%가 될 수 있다. 기술한 바와 같이, 그러한 증가된 필 팩터는 인접한 가열 세그먼트들의 프로젝션(277, 279)들간 감소된 갭(281), 및 이에 따른 열 방향(253)으로 타겟(273)으로부터 본 증가된 가열 세그먼트의 수에 기인한다. 비-180°의 각도 오프셋을 갖는 저항 가열 요소(251)가 180°의 각도 오프셋을 갖는 평면의 가열 요소에 비해 큰 열의 양을 타겟 표면(275)의 단일의 영역에 제공할 수 있다는 것은 명백하다.
대안으로 비-180° 각도 오프셋을 갖는 가열 요소에 대한 가열 세그먼트들의 증가된 프로젝션은 이하의 방식으로 기술될 수 있다. 180°의 각도 오프셋을 갖는 평면의 가열 요소에 있어서, 열 방향으로 보았을 때, 그러한 가열 세그먼트들의 인접한 프로젝션들간 갭은 그 가열 요소의 연결 세그먼트의 최소 굴곡 반경에 적어도 2배가 될 수 있다. 반면에, 각각 제1 및 제2가열 평면(261, 263) 상의 제1 및 제2세트의 가열 세그먼트(255, 257)들을 포함하는 가열 요소(251)에 있어서, 열 방향(253)으로 보았을 때, 그러한 가열 세그먼트들의 인접한 프로젝션들간 갭(281)은 저항 가열 세그먼트의 연결 세그먼트의 최소 굴곡 반경(269)보다 2배 적다. 예컨대, 비-180°각도 오프셋 관계를 갖는 측면으로 공간 이격된 가열 세그먼트들을 포함하는 소정의 저항 가열 요소에 있어서, 인접한 가열 세그먼트들간 갭은 열 방향으로 보았을 때 최소 굴곡 반경보다 2배 적다. 그러한 가열 세그먼트들의 프로젝션들간 갭이 감소함에 따라, 가열 세그먼트들의 프로젝션들은 열 방향으로 증가한다.
상기 가열 모듈(151)의 증가된 필 팩터의 효과가 도 8에 더 나타나 있으며, 여기서 타겟 표면(275) 상의 도 7의 저항 가열 요소로부터의 열 프로젝션은 개략적으로 나타냈다. 도 7과 유사하게, 제1세트의 가열 세그먼트(255)들로부터의 제1열 프로젝션(277; 이하 간단히 '제1프로젝션'이라고도 칭함)들은 점선의 직사각형으로 나타나 있고, 제2세트의 가열 세그먼트(257)들로부터의 제2열 프로젝션(279; 이하 간단히 '제2프로젝션'이라고도 칭함)들은 실선의 직사각형으로 나타나 있다. 상기 제1세트의 가열 세그먼트(255)들로부터의 제1프로젝션(277)들은 제2세트의 가열 세그먼트(257)들로부터의 인접한 제2프로젝션(279)들에 의해 형성된 갭(281)들을 패스(pass)한다. 유사하게, 상기 제2세트의 가열 세그먼트(257)들로부터의 제2프로젝션(279)들은 제1세트의 가열 세그먼트(255)들로부터의 인접한 제1프로젝션(277)들에 의해 형성된 갭(281)들을 패스한다. 그러한 제1 및 제2프로젝션들은 열이 제1 및 제2가열 세그먼트들에 의해 직접 전달되는 영역을 나타낸다. 그와 같이, 비-180°각도 오프셋을 갖는 가열 세그먼트들은 타겟 표면의 단일의 영역으로부터 본 가열 세그먼트의 수를 증가시킬 수 있어, 그러한 비-180°각도 오프셋을 갖는 가열 세그먼트들이 동일한 최소 굴곡 반경의 180°각도 오프셋을 갖는 가열 세그먼트들에 의해 달성될 수 있는 필 팩터보다 높은 필 팩터를 달성할 수 있다.
그러한 필 팩터가 세장형 저항 가열 요소에서 중요한 파라미터이지만, 상기한 깊이 오프셋 또한 그 세장형 저항 가열 요소를 디자인하는데 고려될 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 그러한 깊이 오프셋(265)은 제1가열 평면(261)과 제2가열 평면(263)간 거리로 규정될 수 있다. 열 방향(253)으로 타겟으로부터 보았을 때, 상기 제1 및 제2가열 평면(261, 263) 상의 가열 세그먼트들로부터 방사하는 열의 강도는 그러한 열 강도가 이하의 식에 따라 가열될 타겟과 가열 세그먼트간 거리에 반비례될 수 있는 것으로 알려진 것과 다를 수 있다:
Figure pct00001
여기서 열은 다수의 가열 세그먼트를 포함하는 저항 가열 요소로부터 제공되며, 그 거리는 타겟 표면과 가열 세그먼트들간 거리이다.
그러한 저항 가열 요소(251)의 구성으로부터, 타겟을 가열하기 위한 저항 가열 요소(251)의 총 길이가, 제1 및 제2가열 평면(261, 263) 상의 저항 가열 요소(251)의 가열 세그먼트들의 스패닝(spanning)으로 인해, 평면의 가열 요소의 것보다 더 길어질 수 있다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 도 4의 저항 가열 요소의 총 길이는 타겟 표면 상의 이상적인 풋프린트를 커버하기 위한 180°의 각도 오프셋을 갖는 평면의 가열 요소의 것보다 약 41% 더 길다.
더 긴 저항 가열 요소가 보다 높은 재료 비용을 암시할 수 있으나, 그러한 더 긴 저항 가열 요소의 사용은 본질적으로 이하의 예에서 상세히 기술될 수 있는 저항 가열 요소의 단위 길이당 낮은 가열 파워로 그러한 더 긴 저항 가열 요소가 동작될 수 있는 안정한 동작 조건에서 저항 가열 요소를 동작시키는 장점이 있을 수 있다. 그러한 주어진 저항 가열 요소에 있어서, 그 저항 가열 요소에 대한 입력 전류는 이하의 식에 따른 저항 가열 요소의 저항으로 인해 가열 효과를 야기할 수 있다:
P=R·I2
여기서 P는 저항 가열 요소로부터의 총 가열 파워이고, R은 그 저항 가열 요소의 저항인데, 여기서 R은 통상 저항 가열 요소의 길이와 비례 관계가 된다. I는 저항 가열 요소를 통해 흐르는 전류이다. R이 통상 저항 가열 요소의 길이에 비례함에 따라, 그 저항 가열 요소의 길이의 증가는 동일한 양의 전류 입력에 대해 저항 가열 요소로부터의 총 가열 파워를 증가시킨다.
일 예에 있어서, 인치(inch)당 0.1 옴(ohm)의 10 인치 길이의 가열 요소의 경우, 그 가열 요소의 총 R은 1.O ohm(= 10 inch × 0.1 ohm/inch)이 될 것이다. 10 암페어(ampere)의 전류 입력에 대한 가열 요소의 총 가열 파워는 상기 식으로부터 100 와트(watts)(= 1.0 ohm × (10 ampere)2)로 산출될 것이다. 그 가열 요소의 단위 길이당 가열 파워는 10 watts/inch(= 100 watts/10 inches)가 될 것이다.
비교를 위해, 인치당 0.1 ohm의 100 inch 길이의 가열 요소의 경우, 그 가열 요소의 총 R은 1O ohm(= 100 inch × 0.1 ohm/inch)이 될 것이다. 10 ampere의 전류 입력에 대한 가열 요소의 총 가열 파워는 상기 식으로부터 1000 watts(= 10 ohm × (10 ampere)2)가 되며, 이는 10 inch 길이의 가열 요소에 10배이다. 그 가열 요소의 단위 길이당 가열 파워는 10 inch 길이를 갖는 가열 요소의 것과 동일한 10 watts/inch(= 1000 watts/100 inches)가 될 것이다.
높은 총 가열 파워를 갖게 할 수 있는 것 외에, 더 긴 세장형 저항 가열 요소는 그 가열 요소의 수명을 늘리는데 이점이 있을 수 있다. 그러한 타겟의 가열이 100 watts의 총 가열 파워를 필요로 한다고 가정하면, 10 inch 길이의 가열 요소는 인치당 10 watts의 단의 길이당 가열 파워를 필요로 하지만, 100 inch 길이의 가열 요소는 인치당 단지 1 watt의 단위 길이당 가열 파워를 필요로 한다. 결과적으로, 그 가열 파워는 10 inch 길이의 가열 요소보다, 가열될 타겟 쪽으로 100 inch 길이의 가열 요소를 따라 좀더 균일하게 소모될 수 있다. 따라서, 100 inch 길이의 가열 요소의 실제 표면 온도가 10 inch 길이의 가열 요소의 표면 온도에 비해 크게 낮아질 수 있으며, 이는 타겟에 보다 높은 총 가열 파워를 제공할 뿐만 아니라 가열 요소의 수명을 증가시키는 장점이 될 수 있다.
도 9는 도 4의 가열 모듈(151)의 측면도를 나타내며, 여기서는 제1 및 제2가열 평면(261, 263)이 깊이 오프셋(265)에 따라 서로 평행하게 배열되는 것을 나타내고 있다. 상기 기술한 바와 같이, 제1가열 평면(261)에서 타겟 표면으로의 열 프로젝션의 강도(및 대응하는 양)가 제2가열 평면(263)에서 타겟 표면(275)으로의 것보다 작아질 수 있기 때문에, 제2가열 평면(263)으로부터 깊이 오프셋(265)을 최소로 유지하는 것이 바람직할 수 있으며, 반면 저항 가열 요소(251)로부터의 총 가열 파워는 또한 그 깊이 오프셋(265)의 디자인시 고려되어야 한다. 제1 및 제2가열 평면(261, 263)이 타겟(275)으로부터 동일한 거리가 아니지만, 그 제1 및 제2가열 평면(261, 263)으로부터의 열 강도는 가열 평면(261, 263)들이 타겟(275)으로부터 공간 이격되는 거리에 비해 깊이 오프셋(265)이 작을 때 서로 거의 유사해지도록 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 세장형 저항 가열 요소는 다수의 가열 세그먼트 및 연결 세그먼트들로 형성될 수 있다. 예컨대, 그러한 세장형 저항 가열 요소를 형성하기 위해 가열 세그먼트들을 연결 세그먼트들과 동작가능하게 연결하기 위한 용접 단계가 채용될 수 있다. 다른 예에 있어서, 상기 세장형 저항 가열 요소는 하나의 단편을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 세장형 저항 가열 요소는 다수의 가열 세그먼트 및 연결 세그먼트들을 포함하도록 디자인될 때 콘트롤 가능하게 굴곡지거나 감겨질 수 있다.
도 10은 본 개시의 제2실시예에 따른 가열 모듈(151)의 상부 투시도를 나타낸다. 도 10의 저항 가열 요소(351)는 제1가열 평면(361) 상의 제1세트의 가열 세그먼트(365)들 및 제2가열 평면(363) 상의 제2세트의 가열 세그먼트(357)들을 포함할 수 있다. 그러한 저항 가열 요소(351)의 각도 오프셋(371)은 도 4의 저항 가열 요소(251)의 것보다 훨씬 작은 약 45°이다. 도 10의 저항 가열 요소(351)의 보다 작은 각도 오프셋은 인접한 가열 세그먼트(355, 357)들로부터의 프로젝션들간 공간 이격을 증가시키고, 열 방향(253)으로 가열 세그먼트(355, 357)들의 수를 증가시키며, 그 저항 가열 요소(351)의 필 팩터를 대응적으로 증가시킬 수 있다.
도 10의 가열 모듈의 각각의 가열 세그먼트로부터의 열 방향(253)의 열 프로젝션은 도 11에 나타나 있다. 제1가열 세그먼트(355)들로부터의 프로젝션(377)들은 점선으로 나타냈고, 제2가열 세그먼트(357)들로부터의 프로젝션(379)들은 실선으로 나타냈다. 상기 저항 가열 요소(351)의 필 팩터는 100%이다. 가열 요소가 최고의 열의 양을 타겟 표면(275)에 제공할 수 있는 100%의 필 팩터가 제안된다. 100%의 필 팩터를 갖기 위해, 가열 세그먼트들은 타겟으로부터 보았을 때 인접한 가열 세그먼트들간 소정의 개구 또는 갭들 없이 배열될 수 있다. 타겟 표면(275)에 의해 보여진 바와 같이 그러한 가열 세그먼트(355, 357)들간 갭 또는 개구들이 관찰되지 않는다. 그와 같이, 모든 타겟 표면 영역은 저항 가열 요소(351)로부터 열이 제공될 수 있다. 따라서, 100%의 필 팩터를 갖는 저항 가열 요소(351)로부터 전달된 열의 양은 최대의 열의 양을 타겟 표면(275)으로 전달할 수 있다. 100% 필 팩터를 갖는 그러한 저항 가열 요소(351)는 제한된 스페이스 이용성을 갖는 스페이스에 배열된 가열 요소에 최대의 열의 양을 제공함에 있어 특히 효율적일 수 있다.
양쪽의 제1 및 제2세트의 가열 세그먼트(355, 357)들로부터의 열 프로젝션(377, 379)들의 풋프린트가 도 12에 개략적으로 더 나타나 있다. 제1가열 세그먼트(355)들로부터의 프로젝션(377)들은 점선의 직사각형으로 나타냈고, 상기 인접한 제1가열 세그먼트(355)들을 통해 패싱되는 제2가열 세그먼트(357)드로부터의 프로젝션(379)들은 실선의 직사각형으로 나타냈다. 상기 제1 및 제2세트의 가열 세그먼트(355, 357)들로부터의 프로젝션들은 반드시 직사각형의 형태일 필요는 없으며, 오히려 타겟 표면(275) 상에 프로젝션들을 개략적으로 나타내기 위해 도시되었다는 것을 알아야 한다. 그러한 저항 가열 요소(351)의 필 팩터가 100%임에 따라, 실선 및 점선 프로젝션들의 외부 경계들은 서로 오버랩되며, 인접한 프로젝션(377, 379)들간 갭 또는 개구들이 제공되지 않는다. 그와 같이, 최대의 열의 양은 타겟 표면(275)으로 전달될 수 있다.
도 13은 도 10의 저항 가열 요소(351)의 측면도를 나타낸다. 제1 및 제2가열 평면(361, 363)은 미리 결정된 깊이 오프셋(365)에 따라 서로 평행하게 배열된다.
그러한 저항 가열 요소(351)의 총 길이는 타겟 표면 상에 이상적인 풋프린트를 커버하는 평면의 가열 요소의 것보다 약 6.6배 더 길어질 수 있다. 따라서, 그 저항 가열 요소(351)가 도 4에 나타낸 것들에 비해 더 높은 총 가열 파워를 제공할 수 있다는 것을 명확히 알 수 있다. 국소적 가열 능력을 요할 수 있는 실투(devitrifying)로부터 용융 유리 또는 유리 리본을 보호하기 위해 그리고 유리 형성 공정 동안 소정의 열 손실을 보상하기 위해 유리 성형 장치의 하나 또는 그 이상의 에지 디렉터와 연계하여 그러한 저항 가열 요소(351)가 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 14는 개시의 제3실시예에 따른 가열 모듈(151)의 사시도를 나타낸다. 그러한 가열 모듈(151)은 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453)들을 포함한다. 양쪽의 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453)들에 대한 각도 오프셋은 도 4에 나타낸 세장형 저항 가열 요소(251)와 동일한 90°를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453)들은 서로 독립적으로, 또는 공동으로 동작하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 전류는 다른 것이 동작하지 않는 동안 타겟 표면(275)으로 열을 프로젝트하기 위해 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453)들 중 오직 하나만을 통해 패스하도록 구성될 수 있다. 다른 예에 있어서, 전류는 열 생성을 위해 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453) 모두를 통해 패스할 수 있다. 제1 및 제2저항 가열 요소의 적어도 하나는 이규화몰리브덴(MoSi2), 칸탈 아이언-크롬-알루미늄(FeCrAl; Kanthal iron-chromium-aluminum) 합금, Alkrothal FeCrAl 합금, NiCr계 합금, 탄화 규소(SiC), 또는 금속 물질, 세라믹 물질 또는 그 조합물을 포함하는 다른 저항 요소를 포함할 수 있다.
각각의 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453)는 각각 다수의 연결 세그먼트들에 의해 서로 직렬로 연결된 평행한 다수의 제1세트의 가열 세그먼트(454) 및 제2세트의 가열 세그먼트(455)들을 포함한다. 나타낸 바와 같이, 제2세장형 저항 가열 요소(453)의 각각의 가열 세그먼트는 제1세장형 저항 가열 요소(452)의 대응하는 쌍의 가열 세그먼트들간 적어도 일부 측면으로 위치될 수 있다. 예컨대, 상기 제2세장형 저항 가열 요소(453)가 제1세장형 저항 가열 요소(452)와 섞어 짜여짐으로써, 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453)들의 제1세트의 가열 세그먼트(454)들이 제1가열 평면 상에 위치하고, 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453)들의 제2세트의 가열 세그먼트(455)들이 제2가열 평면(463) 상에 위치한다.
도 14의 가열 모듈(151)이 제1 및 제2세장형 저항 가열 요소(452, 453)들을 포함하지만, 그러한 가열 모듈(151)은 2개 이상의 세장형 저항 가열 요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 저항 가열 요소는, 이 저항 가열 요소의 인접한 가열 세그먼트들간 갭이 인접한 저항 가열 요소의 다수의 가열 세그먼트를 적어도 일부 측면으로 수용하는 한, 3개, 4개 또는 그 이상의 세장형 저항 가열 요소를 포함할 수 있다.
도 15는 도 4의 제1 및 제2저항 가열 요소(452, 453)들을 포함하는 가열 모듈(151)의 상면도이며, 여기서 제1 및 제2저항 가열 요소(452, 453)들에 의한 타겟 표면(275) 상의 열 프로젝션이 나타나 있다. 제1가열 세그먼트(454)들로부터의 프로젝션(477)들은 점선으로 나타냈고, 제2가열 세그먼트(455)들로부터의 프로젝션(479)들은 실선으로 나타냈다. 상기 제1 및 제2저항 가열 요소(452, 453)들의 필 팩터는 도 4의 저항 가열 요소(251)보다 높은 50%이다. 따라서, 그 저항 가열 세그먼트의 필 팩터가 가열 세그먼트의 각도 오프셋을 변경함으로써 그리고/또 추가의 가열 세그먼트를 추가함으로써 콘트롤될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 16은 도 14의 가열 모듈(151)의 측면도를 나타낸다. 깊이 오프셋(465)을 갖는 제1 및 제2가열 평면(461, 463)은 서로 평행하게 배열되지만, 다른 예에서 그 가열 평면의 적어도 일부가 평평하지 않은 표면 형태를 갖는 타겟을 가열하도록 굴곡질 수 있다는 것을 알아야 한다.
상기 제1 및 제2저항 가열 요소(452, 453)들을 포함하는 가열 모듈(151)은 높은 총 가열 파워를 인가하는데 효율적일 수 있다. 각각의 저항 가열 요소(452, 453)가 독립적으로 동작되도록 구성됨에 따라, 가열 모듈(151)의 최대 총 가열 파워는 도 4의 하나의 세장형 저항 가열 요소를 포함하는 저항 가열 요소(251)의 가열 파워에 2배가 될 수 있다. 따라서, 다수의 가열 요소를 포함하는 저항 가열 요소는 유리 제조 장치의 일부 또는 용융 유리에 많은 양의 열을 국소적으로 제공하는데 특히 효율적일 수 있다. 유리 제조 장치의 적어도 일부 또는 용융 유리를 가열하기 위한 열의 양에 따라, 가열 모듈을 형성하는데 2개 이상의 가열 요소가 사용될 수 있다. 나타내진 않았지만, 예컨대 그러한 저항 가열 요소는 타겟 표면에 대한 총 열 프로젝션량을 증가시키기 위해 2개 이상의 가열 요소를 포함할 수 있다.
통상의 기술자라면 청구항의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 명확이 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 다량의 용융 유리로부터 유리 리본을 제조하도록 구성된 유리 제조 장치로서, 상기 유리 제조 장치는:
    상기 유리 제조 장치 및/또는 유리 리본의 타겟 표면에 열 방향을 따라 열을 방사하도록 구성된 가열 모듈을 포함하며,
    상기 가열 모듈은 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제1세트의 가열 세그먼트들 및 열 방향으로 상기 제1가열 평면으로부터 공간 이격된 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트들을 포함하는 평행한 다수의 가열 세그먼트를 포함하는 제1세장형(elongated) 저항 가열 요소를 구비하고,
    가열 세그먼트들은 제1세트의 가열 세그먼트들의 하나와 제2세트의 가열 세그먼트들의 하나간 교대로 그리고 직렬로 배열되고,
    각각의 제1세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 프로젝션은 대응하는 인접한 쌍의 제2세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 인접한 쌍의 프로젝션들간 규정된 스페이스를 통해 적어도 부분적으로 확장하는, 유리 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1가열 평면 및 제2가열 평면은 형태가 유사한, 유리 제조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1가열 평면은 제2가열 평면과 평행한, 유리 제조 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제1가열 평면 및 제2가열 평면의 적어도 하나는 평평한, 유리 제조 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    각각의 가열 요소는 거의 일직선인, 유리 제조 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    세장형 저항 가열 요소는 제1세트의 가열 세그먼트들의 하나의 가열 세그먼트를 제2세트의 가열 세그먼트들의 하나의 가열 세그먼트와 연결하기 위해 제1가열 평면과 제2가열 평면간 각각 스패닝되는 다수의 연결 세그먼트를 포함하는, 유리 제조 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    가열 세그먼트들의 프로젝션들은 100%의 필 팩터(fill factor)를 제공하는, 유리 제조 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    세장형 저항 가열 요소는 이규화몰리브덴(MoSi2)을 포함하는, 유리 제조 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    평행한 다수의 가열 세그먼트를 포함하는 제2세장형 저항 가열 요소를 더 포함하며,
    상기 제2세장형 저항 가열 요소의 각각의 가열 세그먼트는 제1세장형 저항 가열 요소의 대응하는 쌍의 가열 요소들간 적어도 일부 측면으로 위치하는, 유리 제조 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제2세장형 저항 가열 요소의 평행한 다수의 가열 세그먼트는 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제1세트의 가열 세그먼트들 및 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트들을 포함하는, 유리 제조 장치.
  11. 다량의 용융 유리로부터 유리 리본을 제조하도록 구성된 유리 제조 장치로서, 상기 유리 제조 장치는:
    상기 유리 제조 장치의 타겟 표면에 열 방향을 따라 열을 방사하도록 구성된 가열 모듈을 포함하며,
    상기 가열 모듈은 굴곡진 다수의 연결 세그먼트에 의해 직렬로 서로 연결된 평행한 다수의 가열 세그먼트로 굴곡진 적어도 하나의 세장형 저항 가열 요소를 포함하고,
    가열 세그먼트들은 열 방향에 수직인 측방향을 따라 서로 측면으로 공간 이격되고, 측방향의 가열 세그먼트들의 인접한 프로젝션들간 측면 공간 이격은 열 방향의 적어도 하나의 세장형 저항 가열 요소의 최소 굴곡 반경보다 2배 적은, 유리 제조 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    평행한 다수의 가열 세그먼트는 측방향으로 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제1세트의 가열 세그먼트들 및 측방향으로 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트들을 포함하며,
    상기 제2가열 평면은 열 방향으로 제1가열 평면으로부터 공간 이격되고,
    가열 세그먼트들은 제1세트의 가열 세그먼트들의 하나와 제2세트의 가열 세그먼트들의 하나간 교대로 배열되며,
    각각의 제1세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 프로젝션은 대응하는 인접한 쌍의 제2세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 인접한 쌍의 프로젝션들간 규정된 스페이를 통해 적어도 부분적으로 확장하는, 유리 제조 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    제1가열 평면은 제2가열 평면과 평행한, 유리 제조 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    제1가열 평면 및 제2가열 평면의 적어도 하는 평평한, 유리 제조 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    각각의 가열 요소는 거의 일직선인, 유리 제조 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    가열 세그먼트들의 프로젝션들은 100%의 필 팩터를 제공하는, 유리 제조 장치.
  17. 청구항 11에 있어서,
    세장형 저항 가열 요소는 이규화몰리브덴(MoSi2)을 포함하는, 유리 제조 장치.
  18. 청구항 11에 있어서,
    적어도 하나의 세장형 저항 가열 요소는 다수의 세장형 저항 가열 요소를 포함하고, 다수의 세장형 저항 가열 요소의 하나의 각각의 가열 세그먼트는 다수의 세장형 저항 가열 요소의 다른 하나의 한 쌍의 가열 세그먼트들간 적어도 일부 측면으로 위치하는, 유리 제조 장치.
  19. 다량의 용융 유리로부터 유리 리본을 제조하는 방법으로서, 상기 유리 리본 제조 방법은:
    (I) 배치(batch) 재료를 다량의 용융 유리로 용융시키는 단계;
    (II) 상기 용융 유리로부터 유리 리본을 형성하는 단계; 및
    (III) 제1세장형 저항 가열 요소를 통해 전류를 패싱(passing)함으로써 방사열 전달에 의해 용융 유리 및 유리 리본의 적어도 하나를 가열하는 단계를 포함하며,
    상기 제1세장형 저항 가열 요소는 제1가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제1세트의 가열 세그먼트들 및 열 방향으로 상기 제1가열 평면으로부터 공간 이격된 제2가열 평면을 따라 확장하는 공간 이격된 제2세트의 가열 세그먼트들을 포함하고,
    가열 세그먼트들은 제1세트의 가열 세그먼트들의 하나와 제2세트의 가열 세그먼트들의 하나간 교대로 그리고 직렬로 배열되고, 각각의 제1세트의 가열 세그먼트들의 열 방향의 프로젝션은 대응하는 인접한 쌍의 제2세트의 가열 세그먼들의 열 방향의 인접한 쌍의 프로젝션들간 규정된 스페이스를 통해 적어도 부분적으로 확장하는, 유리 리본 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    가열 세그먼트들의 프로젝션들은 100%의 필 팩터를 제공하는, 유리 리본 제조 방법.
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