KR20170096122A - 아이소파이프 지지 및 처짐 완화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리 리본을 생산하는 장치에 대한 것으로서, 상기 장치는, 2개의 트로프(trough) 벽과 트로프 바닥을 구비한 상부 트로프형 부, 하부 쐐기형 부, 제1 장착면을 가진 제1 오목부(recess)를 구비한 이송 말단부, 그리고 제2 장착면을 가진 제2 오목부를 구비한 압축 말단부로 구성된 상기 성형체(forming body)와; 상기 제1 또는 제2 오목부에 연결된 제1 또는 제2 지지부로 구성되며, 상기 제1 또는 제2 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 각각의 제1 또는 제2 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉된다. 또한, 상기 장치를 이용하여 유리 리본을 생산하는 방법이 이곳에 개시된다.

Description

아이소파이프 지지 및 처짐 완화를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ISOPIPE SUPPORT AND SAG MITIGATION}

본 출원은 2014년 12월 19일에 제출된 미국 출원 번호 62/094,345의 우선권을 주장하며, 그 내용은 전체가 본원에 참조로 포함된다.

본 발명은 일반적으로 유리 제작 시스템에 대한 성형체(forming body)에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 아이소파이프(isopipe) 지지 및 처짐 완화를 개선하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이(LCDs), 플라스마 디스플레이와 같은 고성능 디스플레이 장치는 보통 휴대폰, 노트북, 태블릿PC, 텔레비젼, 및 컴퓨터 모니터와 같은, 다양한 전자장치에 사용된다. 현재 시판되는 디스플레이 장치는 예컨대 전자 회로 구성을 위한 기판, 또는 컬러 필터와 같은 하나 이상의 고정밀 유리 시트를 채용할 수 있다. 상기 고품질 유리 기판을 만드는 선두 기술은, 코닝 인코포레이티드(Corning Incorporated)에 의해 개발된 융합 인발 공정이며, 예컨대, 참고 문헌으로서 본원에 포함된, 미국 특허 번호 3,338,696 및 3,682,609에 기재되어 있다.

융합 인발 공정은 성형체(예, 아이소파이프(isopipe))를 포함하는 융합 인발 기계(FDM)를 이용할 수 있다. 성형체는 상부 트로프형 부(trough-shaped portion)와 루트에서 만나도록 아래쪽으로 경사진 2개의 주 측면(또는 성형 표면)을 가진 쐐기형 단면을 가진 하부를 구비할 수 있다. 유리 성형 공정 중, 용융된 유리는 아이소파이프의 일측 말단("이송 말단")으로 이송되고 대향 측 말단("압축 말단")으로 트로프 측벽(또는 위어(weirs)) 너머로 흐르면서 아이소파이프의 길이 아래로 이송될 수 있다. 용융된 유리는 2개의 유리 리본(ribbon)과 같은 2개의 성형 표면을 따라 아래로 흐를 수 있으며, 이는 결국 루트에서 모이고 통합된 유리 리본을 함께 형성하도록 융합된다. 유리 리본은 따라서 성형체의 표면으로 노출되지 않은 2개의 원래 그대로의 외부 표면을 가질 수 있다. 리본은 원하는 두께와 원래대로의 표면 품질을 가진 유리 시트를 성형하도록 이후 아래로 인발되고 냉각된다.

융합 인발 공정에 사용된 아이소파이프는 종종 무거운 내화 세라믹 재료로 형성된 대형 본체를 갖는다. 아이소파이프는 예컨대, 수년 또는 그 이상까지의 연속 사용의 연장된 기간 동안 고온과 같은 혹독한 작동 상태를 겪을 수 있다. 작동 중, 내화 본체는 중간에서 변형(예, 처짐)될 수 있고, FDM에서의 용융된 유리 유동 특성을 궁극적으로 변화시킬 수 있다. 더 높은 온도 작동은 내화 재료의 크리프(creep)로 인해 처짐과 같은 아이소파이프 변형을 가속화할 수 있다. 아이소파이프 처짐은 예컨대, 하부 쐐기형 부분의 말단부에서 아이소파이프 중립축 아래로 수평 압축력이 가해짐으로써 부분적으로 완화될 수 있다. 그러나, 이러한 압축력 그자체는 성형체에 응력을 생성하며, 내화 재료의 정적 피로를 유도할 수 있다. 그러므로 성형체의 수명을 늘리고 및/또는 유리 품질을 유지하기 위해 응력과 처짐은 균형이 맞춰지고 최소화되어야 한다.

크기가 커지고 이미지 품질 요구가 커짐에 따른 고성능 디스플레이에 대한 소비자 요구는 크고, 고품질의, 고정밀도의 유리 시트를 생산하기 위한 개선된 제작 공정을 필요로 한다. 대형 유리 시트를 생산하기 위한 더 큰 아이소파이프(예컨대, 더 길고 무거운)는 시간 경과에 따른 처짐 및/또는 응력으로 인한 파괴의 가능성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 아이소파이프의 처짐을 완화하고 개선된 아이소파이프 지지를 제공하는 방법과 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 유리 리본을 생산하는 장치에 대한 것으로서, 상기 장치는, 2개의 트로프(trough) 벽과 트로프 바닥을 구비한 상부 트로프형 부, 하부 쐐기형 부, 제1 장착면을 가진 제1 오목부(recess)를 구비한 이송 말단부, 그리고 제2 장착면을 가진 제2 오목부를 구비한 압축 말단부로 구성된 상기 성형체(forming body)와; 상기 제1 오목부에 연결되고 제1 지지면을 구비한 제1 지지부; 및 상기 제2 오목부에 연결되고 제2 지지면을 구비한 제2 지지부로 구성되며, 상기 제1 또는 제2 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 각각의 제1 또는 제2 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉된다. 상기 성형체 장치를 구비한 융합 인발 기계는 또한 이곳에 개시된다. 또한, 이곳에 개시된 것은 유리 리본을 생산하는 방법이며, 방법은 용융된 유리를 형성하기 위해 배치 재료를 녹이는 단계와 본원에 개시된 것과 같은 장치로 용융된 유리를 도입하는 단계를 포함한다.

다양한 실시예에서, 성형체는 지르콘(zircon), 지르코니아(zirconia), 알루미나(alumina), 산화마그네슘(magnesium oxide), 탄화규소(silicon carbide), 질화규소(silicon nitride), 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride), 제노타임(xenotime), 모나자이트(monazite), 이들의 합금, 및 이들의 조합으로부터 선택된 내화 재료로 구성될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 제1 및 제2 지지면의 비-평면 부분은 실질적으로 일정한 곡률 반경을 가질 수 있다. 어떤 실시예에서, 제1 및 제2 지지면은 적어도 하나의 평면 부분으로 구성될 수 있다. 추가 실시예에 따라, 제1 및 제2 지지면의 비-평면 및 평면 부분은 제1 및 제2 장착면과 각각 연속으로 접촉될 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명에서 설명될 것이고, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백하게 될 것이며, 또는 다음의 설명, 청구 범위 및 첨부된 도면의 상세한 설명을 포함하여 본원에 설명된 것과 같은 방법을 실시함으로써 인지될 것이다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 본 발명의 다양한 실시 예를 제시하고 청구 범위의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 상세한 설명을 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 개시의 다양한 실시예를 도시하고 설명은 본 개시의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.

다음의 상세한 설명은 다음의 도면과 관련하여 읽혀질 때 가장 잘 이해 될 수 있으며, 유사한 구조는 가능하면 동일한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 유리 리본을 만들기 위한 예시의 융합 인발 공정에 사용하기 위한 예시의 성형체의 개요이다.
도 2는 도 1의 성형체의 단면도이다.
도 3은 피어 블록(pier blocks)에 의해 지지된 예시의 성형체의 측면을 나타낸다.
도 4a는 예시의 피어 블록의 사시도를 나타낸다.
도 4b는 도 4a의 피어 블록에 상응하는 다양한 예시의 피어 블록의 측면도를 나타낸다.
도 5는 다양한 예시의 피어 블록과 피어 시트(seat)의 측면을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피어 블록에 의해 지지된 성형체의 측면을 나타낸다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 피어 블록의 사시도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a의 피어 블록에 상응하는 피어 시트의 사시도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 피어 블록에 의해 지지된 처진 성형체의 측면을 나타낸다.
도 9는 예시의 유리 제작 시스템을 나타낸다.

본 발명은 유리 리본을 생산하는 장치에 대한 것으로서, 상기 장치는, 2개의 트로프(trough) 벽과 트로프 바닥을 구비한 상부 트로프형 부, 하부 쐐기형 부, 제1 장착면을 가진 제1 오목부(recess)를 구비한 이송 말단부, 그리고 제2 장착면을 가진 제2 오목부를 구비한 압축 말단부로 구성된 상기 성형체(forming body)와; 상기 제1 오목부에 연결되고 제1 지지면을 구비한 제1 지지부; 및 상기 제2 오목부에 연결되고 제2 지지면을 구비한 제2 지지부로 구성되며, 상기 제1 또는 제2 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 각각의 제1 또는 제2 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉된다. 상기 성형체 장치를 구비한 융합 인발 기계는 또한 이곳에 개시된다.

본 발명의 실시예는 도 1-2를 참고로 설명될 것이며, 유리 리본을 생산하기 위한 예시의 유리 제작 공정에서 사용되기 적합한, 아이소파이프와 같은 예시의 성형체가 도시된다. 도 1을 참고하면, 융합 인발 공정과 같은 유리 제작 공정 중, 용융된 유리는 유입 파이프(101)를 통해 트로프(103)를 구비하는 성형체(100)로 도입될 수 있다. 트로프(103)가 완전히 채워지면, 유리 리본(111)을 형성하도록 루트(109, root)에서 함께 융합되기 전, 용융된 유리는 트로프의 측면 너머로 2개의 양쪽 성형 표면(107) 아래로 흘러넘칠 수 있다. 유리 리본은 이후 예컨대, 롤러 조립체(미도시)를 이용하여 방향(113)으로 아래로 인발되고, 유리 시트로 추가 가공될 수 있다. 성형체 조립체는 마감 캡(105, end cap) 및/또는 엣지 디렉터(미도시, edge directors)와 같은 부수적인 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다.

도 2에는 도 1의 성형체의 측단면이 제공되며, 성형체(100)는 상부 트로프형 부(102)와 하부 쐐기형 부(104)를 구비할 수 있다. 상부 트로프형 부(102)는 용융된 유리를 수용하도록 구성된 채널(channel) 또는 트로프(103)를 구비할 수 있다. 상기 트로프(103)는 내부면(121a, 121b)과 트로프 바닥(123)을 구비한 2개의 트로프벽(또는, 위어(weir))(125a, 125b)로 형성될 수 있다. 비록 트로프가 트로프 바닥과 거의 90도 각도를 형성하는 내부면을 가진, 사각형 단면을 가진 것으로 도시되었지만, 다른 트로프 단면이 계획되며, 더불어 내부면과 트로프 바닥 사이에 다른 각도를 형성할 수 있다. 위어(125a, 125b)는 쐐기 외부면(129a, 129b)과 함께, 2개의 양쪽의 성형 표면(107)을 구성할 수 있다. 용융된 유리는 위어(125a, 125b) 너머로 그리고 성형 표면 아래로 흐를 수 있으며, 2개의 유리 리본으로서 이후 통합된 유리 리본(111)을 형성하기 위해 루트(109)에서 함께 융합될 수 있다. 리본은 이후 방향(113)으로 아래로 인발될 수 있으며, 일부 실시예에서, 유리 시트를 형성하기 위해 추가로 가공될 수 있다.

성형체(100)는 지르콘(zircon), 지르코니아(zirconia), 알루미나(alumina), 산화마그네슘(magnesium oxide), 탄화규소(silicon carbide), 질화규소(silicon nitride), 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride), 제노타임(xenotime), 모나자이트(monazite), 이들의 합금, 및 이들의 조합으로부터 선택된 내화 재료로 구성될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 성형체는 예컨대, 단일 공급원으로부터 가공된 하나의 구성요소로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 성형체는 결합되거나, 융합, 접착 또는 다른 식으로 함께 연결된 2개 이상의 구성요소로 구성될 수 있으며, 예컨대, 트로프형 부와 쐐기형 부가 같은 또는 다른 재질로 구성된 2개의 별개의 구성요소일 수 있다. 예를 들면, 길이와, 트로프 깊이 및 폭, 그리고 쐐기 높이 및 폭을 포함한 성형체의 치수는 원하는 응용분야에 따라 변할 수 있다. 특정 제조 공정 또는 시스템을 위해 적절한 치수를 선정하는 것은 당업자의 능력 내에 있다.

도 3에 도시된 것처럼, 상부 트로프형 부(102)와 하부 쐐기형 부(104)를 구비한 예시의 성형체(100)는 피어 블록(131, pier blocks)(또는, 지지대)이 장착될 수 있으며, 이는 예컨대, 성형체(100)의 하부 쐐기형 부(104)와 접촉할 수 있다. 피어 블록(131)은, 선택적으로 백업 블록(133, back-up blocks)과 함께, 화살표로 나타낸 것처럼, 성형체(100)에 압축력 Fc를 적용하는데 사용될 수 있다. 압축력은 지지된 양측 말단부로, 양쪽 말단부(도시된 것처럼)에서 또는 한쪽 말단부에서만 적용될 수 있다. 피어 시트(135, pier seats)(예, 잘라낸 부분 또는 오목부(cut-outs or recesses))는 피어 블록(131)을 수용하기 위해 성형체(100)에 형성될 수 있다. 피어 시트(135)는 예를 들어, 실질적으로 사각형 또는 직사각형 형태를 가질 수 있으며, 피어 블록(131)은 일부 실시예에서 상응하는 형태를 가질 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 피어 블록(131)은 피어 블록과 피어 시트 사이의 비연속적인 접촉을 생성하기 위해 모따기되거나 또는 경사져 있을 수 있으며, 이는 도 4a, 4b 및 5에 더 자세하게 도시된다. 피어 블록 및/또는 피어 시트는 또한 하기에 더 자세하게 설명될 것처럼 곡선으로 구성되 수 있다. 피어 블록 및 백업 블록은 유리 제작 공정에 사용되기 적합한 임의의 재료로 구성될 수 있으며, 예컨대, 성형체에 대해 전술한 것과 같이 지르콘, 지르코니아, 알루미나, 산화마그네슘, 탄화규소, 질화규소, 실리콘 옥시나이트라이드, 제노타임, 모나자이트, 이들의 합금, 및 이들의 조합과 같은 내화 재료로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 피어 블록과 백업 블록은 각각의 인접한 성형체에 사용된 것과 다른 재질로 구성될 수 있다.

도 4a는 예시의 피어 블록(131)와 백업 블록(133)에 대해 약간 각도를 가진 측면 모습을 보여준다. 이 모습은 피어 블록의 경사면에 대해 다른 모습을 제공한다. 피어 블록(131)은 도시된 것처럼, 수평 지지면(137)과 수직 지지면(139), 그리고 모따기(chamfer) 또는 경사면(141)의, 3개의 평면으로 구성될 수 있다. 수평 지지면은 아이소파이프의 무게를 지지하는데 사용될 수 있으며, 이에 반해 수직 지지면은 처짐 완화를 위한 압축력을 적용하는데 사용될 수 있다.

도 4b는 성형체에 형성된 피어 블록에 상응하는 피어 시트(135)에 대한 사시도를 나타낸다. 피스 시트의 2개의 장착면(수평(143) 및 수직(145))은 평면이며, 피어 블록의 수평 및 수직면(137, 139)에 접촉하며 이에 상응한다. 따라서, 피어 시트는 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 형태일 수 있다. 일부 실시예에서, 피어 시트는 2개의 장착면 사이에 곡률 반경을 가진 제3 표면(147)(필렛, fillet)을 포함할 수 있으며, 이는 응력 제거를 제공할 수 있다. 피어 시트의 반경(147)(필렛)은 피어 블록(131)의 경사면(141)에 상응할 수 있으며, 이는 물리적으로 필렛부와 접촉하지는 않는다. 따라서, 피어 블록의 경사면 또는 모따기면은 수평 지지면(137)과 수직 지지면(139) 사이의 피어 시트의 필렛부와의 간격을 위해 사용될 수 있다.

수평 및 수직 장착면(143, 145) 사이의 방사상의 필렛(147)은 높은 국부 응력의 영역일 수 있다. 이러한 응력은 내화 재료에 정적 피로를 유도할 수 있으며, 따라서, 성형체의 사용 수명을 감소시킬 수 있다. 따라서, 현 피어 블록 디자인은 경사 또는 모따기면을 채용할 수 있으며, 이는 아이소파이프의 이러한 응력을 받는 영역에서의 피어 시트와 피어 블록 사이의 접촉을 막기 위해, 필렛 반경에 비례하여 크기가 형성될 수 있다. 그러나, 도 3-4에 도시된 구조에서, 아이소파이프가 융합 인발 공정 중 열 하중 및/또는 크리프로 인해 처짐을 받기 시작한 경우, 접촉면(예, 수평 지지면(137)이 수평 장착면(143)에 접촉하고 수직 지지면(139)이 수직 장착면(145)에 접촉한)은 정렬이 되지 않을 수 있고, 결과적으로 지지면의 감소를 야기하게 된다. 피어 블록과 피어 시트의 접촉은 시간이 흐르면서 점차 작은 표면 부분으로 줄어들 수 있으며, 이는 결국 성형체에서의 국부적인 높은 응력을 야기할 수 있다.

피어 시트 영역의 응력을 줄이기 위해, 대안 구조는 아이소파이프의 피어 시트 필렛(147)의 반경을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 것처럼, 필렛(147)의 반경이 증가함에 따라, 모따기면(141)의 크기도 또한 증가되어 응력(필렛)의 영역의 피어 블록과 피어 시트 사이의 접촉을 막아야 한다. 증가된 경사부는 더 작은 수평 및 수직 지지면을 야기하게 되며, 결국 필렛의 증가된 곡률 반경(예, 피어 시트 필렛(147)의 감소된 응력은 감소된 지지 면적에 의해 보다 더 커질 수 있다)과 관련된 어떤 이점도 무효화시킬 수 있다. 이러한 접촉면의 감소는 또한 지지 면적(예, 수평 지지면(137)이 수평 장착면(143)에 접촉하고 수직 지지면(139)이 수직 장착면(145)에 접촉한)에서의 국부적인 응력을 증가시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 지지면적을 희생하지 않고 아이소파이프에서의 응력을 감소시키는 대안 구성을 나타낸다. 도 6에서, 예시의 성형체(200)(상부(202) 및 하부(204)를 구비한)는 피어 블록(231, 또는 지지대)을 장착할 수 있으며, 이는 예컨대 성형체(200)의 하부 쐐기형 부(204)와 접촉한 것일 수 있다. 피어 블록(231)은, 선택적으로 백업 블록(233)과 함께, 화살표로 나타낸 것과 같이, 성형체(200)로 압축력 Fc를 적용하는데 사용될 수 있다. 다시, 압축력은 양쪽의 지지 말단부(도 8의 지지된 말단부(261) 참고)로 양쪽 말단부 모두에 또는 오직 한쪽에만 적용될 수 있다. 예를 들어, 압축력은 조정된 압축 스프링, 클램프, 또는 어떤 다른 적합한 장치 또는 방법으로 가해질 수 있다. 피어 시트(235)(예, 도려낸 부분 또는 오목한 부분)는 피어 블록(231)을 수용하기 위해 성형체(200)에 형성될 수 있다. 피어 블록은 피어 시트에 연결될 수 있으며, 예컨대, 오목부로 적어도 부분적으로 삽입될 수 있다. 피어 시트(235)의 하나 또는 둘 모두는, 예컨대, 실질적으로 둥근 형태 또는 윤곽을 가질 수 있으며, 또는 상응하는 피어 블록(231)의 하나 또는 둘 모두는, 일부 실시예에서, 예컨대, 피어 블록과 피어 시트 사이에 틈 없이 완전히 그리고 연속적으로 접촉할 수 있도록, 상응하는 형태 또는 윤곽을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 것처럼, 피어 블록(231)은 도 7a, 7b에 자세하게 도시된, 피어 시트의 비-평면 부분(253)과 연속적으로 접촉하는 비-평면 부분(251)을 구비할 수 있다.

다양한 실시예에 따라, 피어 시트(235)는 수평 장착면 부(미도시), 필렛 또는 비-평면 부(253), 및 수직 장착면 부(255)로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 예컨대, 도 6에 도시된 것과 같이, 피어 시트(235)가 수평 장착면 부를 구비하지 않거나 또는 수직 장착면 부를 구비하지 않을 수 있다. 대안으로, 피어 시트(235)는 수평 또는 수직 장착면 부를 구비하지 않을 수 있으며 오직 비-평면 필렛 표면 부(253)만을 구비할 수 있다. 피어 블록(231)은 또한 상응하게, 피어 시트(235)와 매치될 필요가 있는, 수평 및/또는 수직 지지면 부를 구비할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예에서, 곡률 반경을 가진 피어 블록, 예컨대, 하나 이상의 둥근 표면을 가진 피어 블록을 채용함으로써, 필렛 부분(253)의 곡률 반경은 피어 블록(231)과 피어 시트(235) 사이의 접촉 면적을 희생하지 않고 증가될 수 있다. 증가된 곡률 반경은 하중 받침 지지 면적을 불리하게 감소하지 않고, 피어 시트(235)의 인장 응력을 감소시킬 수 있으며, 추가적인 압축력 Fc이 정적 피로 파괴의 위험을 증가시키지 않고 아이소파이프에 적용될 수 있다.

이곳에 사용된 것처럼, "연속적인 접촉"이란 용어는 피어 블록과 피어 시트가 틈이나 접촉되지 않는 구간 없이 주어진 길이(예, 단일 지점의 접촉 이상으로)에 대해 접촉되어 있는 것, 예컨대, 적어도 부분적으로 일치하는 윤곽을 가진 피어 블록과 피어 시트를 나타내는 것이다. 따라서, 도 4a, 4b에서, 표면(137)과 (143)(둘 다 평면)이 연속적으로 접촉되어 있을 수 있고 표면(139) 및 (145)(둘 다 평면)이 연속으로 접촉되어 있을 수 있다. 그러나, 경사진면(141)은 피어 시트의 방사형 면(147)과 연속으로 접촉하지 않는다. 따라서, 전체 피어 블록 표면(137 + 139 + 141)은 피어 시트(135)와 연속으로 접촉하지 않는다. 반대로, 도 7a, 7b에 도시된 것처럼, 표면(251 및 253)(둘 다 비-평면)은 연속으로 접촉해 있을 수 있고 표면(255 및 257)(둘 다 평면)은 연속으로 접촉할 수 있다. 유사하게, 수평 장착면/지지면이 있는 경우, 이들은 또한 연속으로 접촉해 있을 수 있다. 따라서, 다양한 실시예에 따라, 전체 피어 블록 표면(251+257)은 피어 시트(235)와 연속으로 접촉해 있을 수 있다. 물론, 피어 블록과 피어 시트의 다양한 표면은 연속으로 접촉해 있지 않을 수 있으며 및/또는 피어 블록과 피어 시트 중 하나 이상 사이에 틈이 있을 수 있다.

추가 실시예에서, 피어 블록은 피어 블록과 피어 시트 사이에 곡률 반경을 따라 연속으로 접촉하며, 피어 시트의 반경에 거의 일치하는 일정한 반경을 가질 수 있다. 피어 시트의 곡률 반경(및 피어 블록의 상응하는 곡률 반경)은 특정한 응용에 따라 원하는데로, 예컨대, 응력 집중을 최소화하기 위해, 변경될 수 있으며, 일부 실시예에서, 반경은, 그 사이의 모든 범위 및 보조 범위를 포함하여, 약 2 cm 에서 약 30 cm 또는 그 이상, 예컨대, 약 2 cm 에서 약 10 cm, 약 2 cm 에서 약 30 cm, 예컨대, 약 5 cm 에서 약 28 cm, 약 8 cm 에서 약 25 cm, 약 10 cm 에서 약 23 cm, 약 13 cm 에서 약 20 cm, 또는, 약 15 cm 에서 약 18 cm의 범위를 가질 수 있다. 물론, 피어 블록과 피어 시트의 다양한 면이 다양한 각도 및/또는 다양한 곡률 각도로 배치되어 도 6-7에 도시되어 있지만, 이러한 표현은 첨부된 청구범위에 한정되지 않으며 이들의 어떤 조합 또는 다른 특징들이 원하는데로 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 8에 도시된 것처럼, 아이소파이프에 처짐이 시작될 때, 피어 시트와 피어 블록 사이의 접촉면은 정렬을 유지할 수 있으며, 지지 면적은 상대적으로 일정하게 고정될 수 있다. 피어 시트의 더 큰 곡률 반경은 또한 피어 시트의 최대 응력을 줄일 수 있다. 크리프(휨)로 유도된 처짐 S로 인한 아이소파이프(200)의 임의의 회전 R은 둥근 피어 블록 표면에 의해 완화될 수 있으며, 지지면은 점진적인 회전을 통한 완전한 접촉을 유지할 수 있다. 이와 같이, 아이소파이프 지지 영역에서의 응력은 상대적으로 낮게 유지될 수 있으며, 이는 내화 재료의 정적 피로 수명을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 둥근 피어 블록 디자인은 아이소파이프 중립축보다 더욱 아래의 위치에서 압축력 Fc가 적용될 수 있도록 하여, 처짐에 대한 보상에 덜 힘이 필요하게 한다. 하부의 압축력은 또한 아이소파이프에 응력을 감소시킬 것이다. 또한, 아이소파이프 무게에 대한 지지와 루트 압축력(처짐 완화)은 동일한 방사형 접촉면을 통하여 모두 전달될 수 있으며, 아이소파이프에서의 감소된 인장 응력과, 낮은 정적 피로, 및/또는 더 긴 아이소파이프 수명을 야기할 수 있다.

- 방법

이곳에 개시된 발명은 유리 리본을 생산하기 위한 방법에 대한 것이며, 방법은 용융된 유리를 형성하기 위해 배치 재료를 녹이는 단계 그리고 용융된 유리를 장치로 도입하는 단계를 포함하며, 상기 장치는, 2개의 트로프(trough) 벽과 트로프 바닥을 구비한 상부 트로프형 부, 하부 쐐기형 부, 제1 장착면을 가진 제1 오목부(recess)를 구비한 이송 말단부, 그리고 제2 장착면을 가진 제2 오목부를 구비한 압축 말단부로 구성된 상기 성형체(forming body)와; 상기 제1 오목부에 연결되고 제1 지지면을 구비한 제1 지지부; 및 상기 제2 오목부에 연결되고 제2 지지면을 구비한 제2 지지부로 구성되며, 상기 제1 또는 제2 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 각각의 제1 또는 제2 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉된다.

본 발명의 실시예는 도 9를 참고로 설명될 것이며, 유리 리본(304)을 생산하기 위한 예시의 유리 제작 시스템(300)이 도시된다. 유리 제작 시스템(300)은 용융 용기(310), 용융-정제 튜브(315, melting to fining tube), 정제 용기(320, fining vessel)(예, 미세 튜브), 정제-교반 체임버 연결 튜브(325)(그로부터 연장된 수위 탐측 스텐드 파이프(327)를 갖춘), 교반 체임버(330, stir chamber)(예, 혼합 용기), 교반 체임버-보울(bowl) 연결 튜브(335), 보울(340)(예, 이송 용기), 하부 커머(345, comer), 및 유입구를 포함할 수 있는 FDM(350), 성형체(360)(예, 아이소파이프), 및 풀 롤 조립체(365, pull roll assembly)를 포함할 수 있다.

유리 배치(batch) 재료는 화살표(312)로 도시된 것처럼, 용융된 유리(314)를 형성하기 위해 용융 용기(310)로 도입될 수 있다. 정제 용기(320)는 용융-정제 튜브(315)를 통해 용융 용기(310)에 연결된다. 정제 용기(320)는 용융 용기(310)로부터 용융된 유리를 수용하는 고온 처리 면적을 가질 수 있으며, 용융된 유리로부터 거품을 제거할 수 있다. 정제 용기(320)는 정제-교반 체임버 연결 튜브(325)를 통해 교반 체임버(330)로 연결된다. 교반 체임버(330)는 교반 체임버-보울 연결 튜브(335)를 통해 보울(340)에 연결된다. 보울(340)은 하부 커머(345, comer)를 통해 FDM(350)으로 용융된 유리를 이송할 수 있다.

FDM(350)은 유입구(355), 성형체(360), 및 풀 롤 조립체(365)를 구비할 수 있다. 유입구(355)는 하부 커머(345)로부터 용융된 유리를 수용할 수 있으며, 그로부터 성형체 장치(360)로 흐를 수 있으며, 여기에서 유리 리본(304)이 형성된다. 성형체 장치(360)의 다양한 실시예는 도 1-8을 참고하여 상기에서 추가로 설명된다. 풀 롤 조립체(365)는 추가 선택적 장치를 통해 추가 처리를 위해 인발된 유리 리본(304)을 이송할 수 있다. 예를 들어, 유리 리본은 이송 앤빌 기계(TAM, a traveling anvil machine)를 통해 추가로 처리될 수 있으며, 이는 유리 리본을 스코어링하기 위한 기계 스코어링 장치(mechanical scoring device)를 포함할 수 있다. 스코어된(scored, 자국을 낸) 유리는 이후 유리 시트 조각으로 분리될 수 있으며, 종래의 다양한 방법과 장치를 이용하여, 가공되고, 폴리싱되고, 화학적으로 강화되며, 및/또는 예컨대, 에칭과 같은, 다른 표면 처리될 수 있다.

"배치 재료(batch materials)"라는 용어와 이의 변형은 여기에서, 용융 시, 유리를 형성하기 위해 반응 및/또는 결합하는 유리 선행 성분의 혼합물을 나타내는데 사용된다. 유리 배치 재료는 유리 선행 성분을 위한 공지된 방법을 통해 준비 및/또는 혼합될 수 있다. 예를 들어, 어떤 비 제한적인 실시예에서, 유리 배치 재료는 예컨대, 어떤 용액 또는 액체가 없는, 건조 또는 실질적으로 건조 혼합체 유리 선행 입자로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 유리 배치 재료는 예를 들어, 액체 또는 용액의 상태의 유리 선행 입자의 혼합물과 같은, 슬러리(slurry) 형태일 수 있다.

다양한 실시예에 따라, 배치 재료는 예컨대, 이산화규소(silica), 알루미나(alumina), 및 다양한 추가 산화물과, 붕소(boron), 마그네슘(magnesium), 칼슘, 소듐(sodium), 스트론튬(strontium), 주석, 또는 티타늄 산화물과 같은 유리 선행 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 유리 배치 재료는 하나 이상의 추가 산화물을 가진 이산화규소 및/또는 알루미나의 혼합물일 수 있다. 다양한 실시예에서, 유리 배치 재료는 집합적으로 약 45에서 약 95 wt%(중량퍼센트)의 알루미나 및/또는 이산화규소를 포함하며, 집합적으로 붕소, 마그네슘, 칼슘, 소디움, 스트로튬, 주석, 및/또는 티타늄 중 적어도 하나의 산화물의 약 5에서 55 wt%를 포함한다.

배치 재료는 도 9에 참조로 본원에 설명된 방법을 포함하는, 당업계의 임의의 방법에 따라 용융될 수 있다. 예를 들어, 배치 재료는 용융 용기로 추가되어, 모든 범위 및 그 사이의 하위 범위를 포함하는, 약 1100℃에서 약 1700℃, 예컨대 약 1200℃에서 약 1650℃, 약 1250℃에서 약 1600℃, 약 1300℃에서 약 1550℃, 약 1350℃에서 약 1500℃, 또는 약 1400℃에서 약 1450℃의 범위의 온도로 가열될 수 있다. 배치 재료는, 어떤 실시예에서, 작동 온도 및 배치 크기와 같은 다양한 변수에 따라, 용융 용기에서 몇 분에서 몇 시간 범위의 체류 시간을 가질 수 있다. 예를 들어, 체류 시간은 약 30분에서 약 8시간, 약 1시간에서 6시간, 약 2시간에서 5시간, 또는 약 3시간에서 약 4시간의, 모든 범위 및 그 사이의 하위 범위를 포함하는, 범위에 있을 수 있다.

용융된 유리는 다음으로, 예컨대, 거품을 제거하는 정제 단계, 그리고 유리 용융을 균일하게 하기 위한 교반 단계 같은, 다양한 추가 처리 단계를 겪을 수 있다. 용융된 유리는 이후 유리 리본을 형성하기 위해 이곳에 개시된 성형체 장치를 이용하여 처리될 수 있다. 예를 들어, 전술한 것처럼, 용융된 유리는 하나 이상의 유입구를 통해 이송 말단부에서 성형체의 트로프형 부로 도입될 수 있다. 유리는 이송 말단부로부터 압축 말단부로 진행하는 방향으로 흐르고, 2개의 트로프 벽 너머로, 그리고 쐐기형 부의 2개의 양쪽 외부면 아래로 흐를 수 있고, 하나의 유리 리본을 형성하기 위해 루트(root)에서 합쳐진다.

비 제한적인 예시의 방식을 통해, 성형체 장치는, 가장 뜨거운 지점에서(예, 트로프형 부에 근접한 상부 "머플(muffle)" 영역), 약 1100℃에서 약 1350℃, 예컨대 약 1150℃에서 약 1325℃, 약 1150℃에서 약 1300℃, 약 1175℃에서 약 1250℃, 또는 약 1200℃에서 약 1225℃의, 모든 범위 및 그 사이의 하위 범위를 포함하는, 온도 범위에서 작동하는 용기에 동봉될 수 있다. 가장 차가운 지점에서(예, 성형체의 루트 근처 "전이(transition)" 영역), 용기는 약 800℃에서 약 1250℃, 예컨대, 약 850℃에서 1225℃, 약 900℃에서 약 1200℃, 약 950℃에서 약 1150℃, 또는 약 1000℃에서 약 1100℃, 모든 범위 및 그 사이의 하위 범위를 포함하는, 온도 범위에서 작동할 수 있다.

다양한 개시된 실시예는 특정 실시예와 관련하여 설명된 특정한 특징, 부재 또는 단계를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 하나의 특정 실시예에 대해 설명되었지만, 특정 특징, 요소 또는 단계는 다양한 비제한적인 조합 또는 치환으로 대안 실시예와 교환 또는 조합될 수 있음을 이해할 것이다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "the", "a" 또는 "an"은 "적어도 하나"를 의미하고, 반대로 명시적으로 나타내지 않는 한 "단지 하나"로 제한 되어서는 안됨을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어, "구성 요소"에 대한 언급은 문맥이 다른 것을 분명하게 나타내지 않는 한, 2개 이상의 상기 구성 요소를 갖는 예를 포함한다.

범위는 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값에서 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 예시는 하나의 특정 값 및/또는 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 값이 근사치로 표현될 때, "약"이라는 전제를 사용함으로써, 특정 값이 또 다른 양상을 이룬다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 범위 각각의 종점은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과는 별개로 중요하다는 것이 더 이해될 것이다.

본 명세서에 사용된 용어 "실질적", "실질적으로" 및 그 변형은 서술된 특징이 값 또는 설명과 동일하거나 거의 동일하다는 것을 나타내기 위한 것이다. 또한, "실질적으로 유사한"은 2개의 값이 동일하거나 거의 동일하다는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, "실질적으로 유사한"은 서로의 약 5% 이내 또는 서로 약 2% 이내와 같이, 서로 약 10% 이내의 값을 나타낼 수 있다.

달리 명시하지 않는 한, 본원에 기재된 임의의 방법은 그 단계가 특정 순서대로 수행될 것을 요구하는 것으로서 해석되는 것은 결코 안된다. 따라서, 방법 청구 범위가 그 단계들에 뒤따라야 할 순서를 실제로 재인용하지 않거나 또는 단계들이 특정 순서로 제한되어야 한다는 것이 청구항 또는 설명에 달리 명시되지 않는 경우, 특정 순서가 유추되는 것은 아니다.

특정 실시예의 다양한 특징, 요소 또는 단계가 연결구 "포함하는"을 사용하여 개시될 수 있지만, "구성되는" 또는 "본질적으로 구성되는"이라는 연결구를 사용하여 기술될 수 있는 대안 실시예가 함축되어있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 예를 들어, A + B + C를 포함하는 장치에 대한 암묵적 대안적 실시예는 장치가 A + B + C로 구성되는 실시예와 장치가 본질적으로 A + B + C로 구성된 실시예를 포함한다.

본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에 대한 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 발명 내용의 사상 및 내용을 포함하는 개시된 실시예의 수정 조합, 부분 조합 및 변형이 당업자에게 발생할 수 있으므로, 본 발명은 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

1. 2개의 트로프(trough)벽과 트로프 바닥을 포함하는 상부 트로프형 부;
   하부 쐐기형 부;
   제1 장착면을 가진 제1 오목부(recess)를 구비한 이송 말단부; 및
   제2 장착면을 가진 제2 오목부를 구비한 압축 말단부;를 구비한,
   성형체와(forming body);
   상기 제1 오목부에 연결되고 제1 지지면을 구비한 제1 지지부; 및
   상기 제2 오목부에 연결되고 제2 지지면을 구비한 제2 지지부;를 구비하되,
   상기 제1 또는 제2 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 상기 각각의 제1 또는 제2 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉하는, 유리 리본(ribbon)을 생산하기 위한 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 제1 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉하고, 상기 제2 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 제2 장착면의 적어도 이루분과 연속으로 접촉하는, 장치.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 제1 및/또는 제2 지지면의 비-평면 부분은 실질적으로 일정한 곡률 반경을 갖는, 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 및 제2 지지면의 곡률 반경은 독립적으로 약 2cm에서 약 15cm 사이의 범위를 갖는, 장치.
5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 제1 및/또는 제2 지지면은 적어도 하나의 평면 부분을 추가로 포함하는, 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 및 제2 지지면의 비-평면 부분과 평면 부분은 각각의 제1 및 제2 장착면과 연속으로 접촉하는, 장치.
7. 청구항 5항에 있어서,
   적어도 하나의 평면 부분은 수평 및 수직 지지면 부분에서 선택되는, 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 및 제2 지지면은 평면 부분을 포함하지 않는, 장치.
9. 청구항 1 내지 8의 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 지지면의 윤곽은 제1 장착면의 윤곽과 실질적으로 일치하며, 상기 제2 지지면의 윤곽은 제2 장착면의 윤곽과 실질적으로 일치하는, 장치.
10. 청구항 1 내지 9의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지부는 성형체의 이송 말단부로 압축력을 제공하며 및/또는 제2 지지부는 성형체의 압축 말단부로 압축력을 제공하는, 장치.
11. 청구항 1 내지 10의 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체와 제1 및 제2 지지부는 독립적으로 지르콘(zircon), 지르코니아(zirconia), 알루미나(alumina), 산화마그네슘(magnesium oxide), 탄화규소(silicon carbide), 질화규소(silicon nitride), 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride), 제노타임(xenotime), 모나자이트(monazite), 이들의 합금, 및 이들의 조합 중에서 선택된 내화 재료로 구성되는, 장치.
12. 청구항 1 내지 11의 어느 한 항에 따른 장치를 구비한 융합 인발 기계.
13. 용융된 유리를 형성하기 위해 배치(batch) 재료를 녹이는 단계와;
    2개의 트로프(trough)벽과 트로프 바닥을 포함하는 상부 트로프형 부;
    하부 쐐기형 부;
    제1 장착면을 가진 제1 오목부(recess)를 구비한 이송 말단부; 및
    제2 장착면을 가진 제2 오목부를 구비한 압축 말단부;를 구비한,
    성형체와(forming body);
    상기 제1 오목부에 연결되고 제1 지지면을 구비한 제1 지지부; 및
    상기 제2 오목부에 연결되고 제2 지지면을 구비한 제2 지지부;를 구비하되,
    상기 제1 또는 제2 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 상기 각각의 제1 또는 제2 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉하는, 장치로 용융된 유리를 도입하는 단계;를 포함하는, 유리 리본을 생산하는 방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 제1 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉하며, 상기 제2 지지면의 적어도 일부분은 비-평면이며 제2 장착면의 적어도 일부분과 연속으로 접촉하는, 방법.
15. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 지지면의 비-평면 부분은 실질적으로 일정한 곡률 반경을 갖는, 방법.
16. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 지지면은 적어도 하나의 평면 부분을 추가로 포함하는, 방법.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 및 제2 지지면의 비-평면 부분과 평면 부분은 각각의 제1 및 제2 장착면과 연속으로 접촉하는, 방법.
18. 청구항 13 내지 17의 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융된 유리는 성형체의 상부 트로프형 부로 도입되고 이송 말단부에서 압축 말단부로 흐르며, 2개의 트로프 벽 위로, 그리고 하부 쐐기형 부의 2개의 양쪽 외부면 아래로 흘러 하나의 유리 리본을 형성하도록 루트(root)에서 합쳐지는, 방법.
19. 청구항 13 내지 18의 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체의 이송 말단부와 압축 말단부 중 적어도 하나로 압축력을 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
20. 청구항 19에 있어서,
    상기 압축력은 제1 및 제2 지지부 중 적어도 하나에 적용되는, 방법.
21. 청구항 19에 있어서,
    상기 압축력은 성형체의 중립축 아래에 적용되는, 방법.
22. 청구항 21에 있어서,
    상기 압축력은 성형체의 하부 쐐기형 부에 적용되는, 방법.

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