KR20170096612A - 가열 제어에 의한 유리 시트 제조 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR20170096612A
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아담 씨. 버키
니콜라이 에이. 파닌
박은영
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

용융 하향 인발 공정(fusion down-draw process)을 사용하여 유리 시트를 성형하는 방법과 장치에 관한 것으로서, 가열 소자의 가열 전력은 하나의 가열 소자가 고장난 경우에도, 인접한 가열 소자의 가열 전력이 바로 증가되도록, 조정된다. 본 발명의 방법은 열 응력을 감소시키고 가열 소자의 고장에 의해 성형체가 노출된다.

Description

가열 제어에 의한 유리 시트 제조 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAKING GLASS SHEET WITH CONTROLLED HEATING}
본 발명은 유리 시트 제조 방법과 그 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유리 시트 제조용 용융 하향 인발(fusion down-draw) 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들면, LCD 기판용 유리 시트 제조에 유용하다.
LCD 디스플레이에 대한 초기 표면 품질과 관련하여, 고품질의 유리 기판을 제조하는 선두적인 공정은 용융 하향-인발 공정이다. 용융 하향-인발 공정에 사용되는 성형 장치(이후 "성형체"라 함), 전형적으로 소위 아이소파이프가 도 1에 도시되었다. 도 1에 도시된 성형체(100)는 트로프 형상부(103, trough-shaped part)와 웨지 형상부(107)를 포함한다. 용융된 유리가 입구 튜브(101)를 통해 트로프 형상부로 유도된다. 한 줄기의 용융된 유리가 트로프 형상부의 각각의 면을 넘어서, 상기 트로프 형상부와 웨지 형상부의 양면 아래로 유동하여, 유리 리본을 상기 성형체의 각각의 측면 상에 형성한다. 2개의 유리 리본이 전형적으로 성형체의 루트인 웨지 형상부(109)의 바닥에서 합쳐지며, 이 바닥에서 상기 유리 리본은 서로 융합하여 단일의 유리 리본(111)을 형성하고, 상기 단일의 유리 리본은 성형체 표면에 노출되지 않은 2개의 초기 표면을 갖는다. 유리 리본(111)은 전형적으로 바람직한 두께로 루트 아래로 인발되고 냉각되어 강성의 유리 시트를 형성한다. 성형체의 상부로부터 루트 바로 아래까지의 유리 리본의 온도는, 필요한 두께, 두께 균일성(homogeneity), 그리고 여러 필요한 물리적인 특성을 갖는 유리 시트 생산품을 반복적으로 만들기 위하여 매우 주의 깊게 제어될 수 있다.
성형체는 전형적으로 지르콘 세라믹과 같은 재료로 만들어진 하나 이상의 내화 블럭을 포함한다. 성형체의 치수 및 형상학적 안정성과 측면 품질은 제조된 유리 시트 생산품의 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
성형체 재료의 열 구배는 상기 성형체의 내측 및/또는 표면 근방에서 응력을 야기시킬 수 있다. 과도한 고 응력에 의해 표면 크래킹과, 치수 및 형상학적 뒤틀림, 및 성형체 파손이 발생할 수 있다. 따라서, 성형체가 겪게 되는 열 구배는 상기 성형체의 사용 기간 내내 주의 깊게 제어되어야만 한다.
따라서, 용융 인발 공정 동안에 성형체의 열 환경을 효과적으로 제어하는 방법과 장치가 필요하게 되었다.
본 발명은 이러한 여러 필요성을 만족한다.
본 발명의 여러 특징이 본 명세서에 기재되어 있다. 이들 특징은 서로 부분적으로 일치할 수도 일치하지 않을 수도 있음을 알 수 있다. 따라서, 한 특징의 일부가 다른 한 특징의 범주 내에 속할 수도 있으며, 이와 반대되는 경우도 있을 수 있다. 특별히 언급하지 않았다면, 상이한 특징이 그 범주 내에서 서로 겹쳐지도록 고려될 수 있다.
각각의 특징이 하나 이상의 특정 실시예를 포함하는 다수의 실시예로 기재되었다. 이들 실시예가 서로 부분적으로 일치할 수도 일치하지 않을 수도 있음을 알 수 있다. 따라서, 일 실시예의 일부나 특정 실시예의 일부가 다른 한 실시예나 특정 실시예의 범주 내에 속할 수도 속하지 않을 수도 있으며, 이와 반대되는 경우도 있을 수 있다. 특별히 언급되지 않았다면, 상이한 실시예가 본 발명의 범주 내에서 서로 겹쳐질 수 있다.
본 발명의 제 1 특징에 따라, 상부와, 제 1 측면과, 상기 제 1 측면과 루트에서 연결된 제 2 측면을 구비한 성형체를 사용하는 오버플로 공정으로 유리 시트를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 유리 시트를 제조하는 방법은 제 1 유리 리본을 성형하기 위하여 제 1 측면의 적어도 일 부분 상에서 용융된 유리를 유동시키는 단계, 제 2 유리 리본을 성형하기 위하여 제 2 측면의 적어도 일부 상에서 용융된 유리를 유동시키는 단계, 및 제 3 유리 리본을 성형하기 위하여 상기 제 1 유리 리본과 상기 제 2 유리 리본을 융합하는 단계를 포함하고,
(A) 상기 제 1 측면은 제 1 측면 가열 플레이트에 의해 복사 가열되고, 상기 제 1 측면 가열 플레이트는 상기 제 1 측면 가열 플레이트 뒤쪽에 위치한 제 1 배열의 별도로 모니터되고 제어되는 가열 소자에 의해 가열되고;
(B) 상기 제 2 측면은 제 2 측면 가열 플레이트에 의해 복사 가열되고, 상기 제 2 측면 가열 플레이트는 상기 제 2 측면 가열 플레이트 뒤쪽에 위치한 제 2 배열의 별도로 모니터되고 제어되는 가열 소자에 의해 가열되며;
(C) 바람직하지 못한 열 구배가 측면의 일 부분과 상기 측면의 상기 일 부분 아래의 공간 사이에 형성되지 않게 하기 위하여, 상기 제 1 배열과 상기 제 2 배열의 오작동 가열 소자의 가열 전력이 한계값 레벨로 감소된다면, 인접한 작동 가열 소자의 가열 전력이 증가되도록, 상기 제 1 배열과 상기 제 2 배열의 상기 가열 소자의 가열 전력이 제어된다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 제 1 배열과 제 2 배열의 오작동 가열 소자의 가열 전력이 한계값 레벨로 감소된다면, 모든 인접한, 작동 가열 소자의 가열 전력이 증가된다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 임의의 주어지 온도에서, 5cm의 두께를 갖는 제 1 측면과 제 2 측면의 상부 층에서의 온도 구배는 많아야 100℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 80℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 60℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 50℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 40℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 30℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 20℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 10℃의 레벨로 유지된다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 성형체가 외피부 내측에 위치하고, 상기 외피부는 제 1 측면 가열 플레이트와, 제 2 측면 가열 플레이트와, 상기 제 1 측면 가열 플레이트 및 상기 제 2 측면 가열 플레이트를 연결하는 상기 성형체의 상부 상에 위치한 상부 플레이트로 형성된다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 제 1 측면 가열 플레이트와 제 2 측면 가열 플레이트는 플래티늄, 플래티늄-함유 합금, SiC, Si3N4, SiO2, MgO, 및 BeO로부터 선택된 재료로 만들어진다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 성형체는 중력 벡터에 평행하고 루트를 통과하는 평면에 대해 대칭이다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 제 1 측면 가열 플레이트와 제 2 측면 가열 플레이트는 중력 벡터에 평행하고 루트를 통과하는 평면에 대해 대칭이다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 가열 소자의 제 1 배열과 제 2 배열은 중력 벡터에 평행하고 루트를 통과하는 평면에 대해 대칭이다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 상부 플레이트는 플래티늄, 플래티늄-함유 합금, SiC, Si3N4, SiO2, MgO, 및 BeO로부터 선택된 재료로 만들어진다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 상부 플레이트와, 제 1 측면 플레이트 및 제 2 측면 플레이트는 동일한 재료로 만들어진다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 상부 플레이트는 상기 상부 플레이트 상에 위치한 제 3 배열의 가열 소자에 의해 더욱 가열된다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 제 3 배열의 가열 소자는 루트를 통과하는 중력 벡터에 평행한 평면에 대해 대칭이다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 제 1 측면 가열 플레이트와 제 2 측면 가열 플레이트는 SiC나 Si3N4로 만들어지고, 많아야 50mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 40mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 30mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 20mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 10mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 5mm의 두께를 갖는다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 제 1 배열과 제 2 배열의 가열 소자는 선형이다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 제 3 배열의 가열 소자는 선형이다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 가열 소자는 루트에 필수적으로 평행한다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 성형체의 상부와 루트 사이의 온도차는 DTTB-25℃ 내지 DTTB+25℃, 특정 실시예에서는 DTTB-20℃ 내지 DTTB+20℃, 특정 실시예에서는 DTTB-15℃ 내지 DTTB+15℃, 특정 실시예에서는 DTTB-10℃ 내지 DTTB+10℃, 특정 실시예에서는 DTTB-5℃ 내지 DTTB+5℃, 특정 실시예에서는 DTTB-2℃ 내지 DTTB+2℃로 유지되며, 여기서 DTTB는 성형체의 상부와 루트 사이의 평균 온도차이다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 열 구배에 의한 성형체의 크래킹이 피해진다.
본 발명의 실시예의 제 1 특징에 있어서, 가열 소자의 제 1 배열과 제 2 배열의 가열 소자에 있어서 상기 가열 소자는 분리판에 의해 인접한 가열 소자로부터 분리된다. 보다 특정된 실시예에 있어서, 모든 가열 소자는 분리판에 의해 그들의 인접한 가열 소자로부터 분리된다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 용융 인발 공정에서의 유리 시트 제조 장치는:
(ⅰ) 상부, 제 1 측면, 상기 제 1 측면과 루트에서 연결된 제 2 측면을 구비한 성형체;
(ⅱ) 상기 제 1 측면을 복사 가열하도록 적용된, 상기 제 1 측면 근방의 제 1 측면 가열 플레이트;
(ⅲ) 상기 제 1 가열 플레이트 뒤쪽에 위치한 제 1 배열의 가열 소자;
(ⅳ) 상기 제 2 측면을 복사 가열하도록 적용된, 상기 제 2 측면 근방의 제 2 측면 가열 플레이트;
(ⅴ) 상기 제 2 가열 플레이트 뒤쪽에 위치한 제 2 배열의 가열 소자; 및
(ⅵ) 상기 가열 소자의 상기 제 1 배열과 상기 제 2 배열에서의 상기 가열 소자의 가열 전력을 모니터하고, 제어하고 조정하도록 적용된 파워 서플라이 유닛을 포함하고,
상기 파워 서플라이 유닛은, 인접한 오작동 가열 소자의 가열 전력이 한계값 레벨로 감소된다면, 작동 가열 소자의 가열 전력을 증가시키는 제어 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 파워 서플라이 유닛은 인접한 오작동 가열 소자의 가열 전력이 한계값 레벨로 감소된다면 모든 작동 가열 소자의 가열 전력을 증가시키는 제어 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 본 발명의 유리 시트 제조 장치는 제 1 측면 가열 플레이트와 제 2 측면 가열 플레이트를 연결하는 성형체의 상부 상에서 상부 플레이트를 포함하고, 상기 제 1 측면 가열 플레이트와 상기 제 2 측면 가열 플레이트 그리고 상기 상부 플레이트는 상기 성형체를 수용하는 외피부를 형성한다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 제 1 측면 가열 플레이트와 제 2 측면 가열 플레이트는 플래티늄, 플래티늄-함유 합금, SiC, Si3N4, SiO2, MgO, 및 BeO로부터 선택된 재료로 만들어진다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 성형체는 중력 벡터에 평행하고 루트를 통과하는 평면에 대해 대칭이다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 제 1 측면 가열 플레이트와 제 2 측면 가열 플레이트는 중력 벡터에 평행하고 루트를 통과하는 평면에 대해 대칭이다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 가열 소자의 제 1 배열과 제 2 배열은 중력 벡터에 평행하고 루트를 통과하는 평면에 대해 대칭이다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 상부 플레이트는 플래티늄, 플래티늄-함유 합금, SiC, Si3N4, SiO2, MgO, 및 BeO로부터 선택된 재료로 만들어진다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 상부 플레이트와 제 1 측면 플레이트 및 제 2 측면 플레이트는 동일한 재료로 만들어진다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 본 발명의 유리 시트 제조 장치는 제 3 배열의 가열 소자를 상부 플레이트의 상부와 그 근방에서 더 포함한다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 제 3 배열의 가열 소자는 루트를 통과하는 중력 벡터에 평행한 평면에 대해 대칭이다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 제 1 측면 가열 플레이트와 제 2 측면 가열 플레이트는 SiC나 Si3N4로 만들어지고, 많아야 50mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 40mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 30mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 20mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 10mm의 두께, 특정 실시예에 있어서 많아야 5mm의 두께를 갖는다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 제 1 배열과 제 2 배열의 가열 소자는 선형이다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 제 3 배열의 가열 소자는 선형이다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 가열 소자는 필수적으로 루트에 평행한다.
본 발명의 실시예의 제 2 특징에 있어서, 제 1 배열과 제 2 배열에 있어서 상기 가열 소자는 인접한 가열 소자를 분리판으로 분리한다. 보다 특정된 실시예에 있어서, 모든 가열 소자는 분리판에 의해 그들의 인접한 가열 소자로부터 분리된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는 하나 이상의 다음과 같은 장점을 갖는다. 가열 소자가 고장난 직후에 인접한 가열 소자의 가열 전력을 증가시킴으로써, 본 발명은 고장난 가열 소자가 조정되는 성형체 표면 영역에서의 고온 구배의 개연성을 상당히 감소시켜서, 상기 영역에서의 표면 크래킹의 개연성을 감소시키고, 이에 따라 공정 안정성과 시스템 수명을 상당히 향상시킨다.
본 발명의 부가적인 특징과 장점이 아래 상세한 설명에 기재되어 있고, 당업자에게 이러한 실시예는 명확하며, 첨부된 청구범위뿐만 아니라 상세한 설명에 기재된 바와 같이, 본 발명을 당업자가 실시한다면 본 발명을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 기재한 사항과 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로서, 이들로 본 발명이 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
첨부한 도면은 본 발명의 이해를 보다 용이하게 위해 제공되었고, 본 명세서의 일부를 이룬다.
도 1은 유리 리본을 용융 하향-인발 공정으로 만들도록 작동시키는 성형체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 외피부 내측에 수용된 유리 리본을 만들도록 작동시키는 성형체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 성형체가 본 발명에 따른 실시예와 본 발명에 따르지 않은 실시예에서 겪게 되는 최대 응력을 비교하기 위한 다이어그램이다.
따로 특별히 언급하지 않았다면, 본 발명의 명세서와 청구범위에 사용된 임의의 물리적인 특성에 대한 성분, 치수 및 값의 중량 퍼센트를 나타내는 모든 숫자는 "약", "대략"이라는 표현에 의해, 모든 상황에 따라 변경될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.　 또한 본 발명의 명세서와 청구범위에서 사용된 정확한 수치값은 본 발명의 부가적인 실시예를 형성함을 알 수 있다.　 실시예에 개시된 정확한 수치값을 보장하기 위한 노력이 계속되고 있다.　 그러나, 임의의 측정된 수치값은 본래 그 각각의 측정 기술에서 발생되는 표준 편차를 초래하는 특정 에러를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명과 청구범위에 있어서, 기재된 구성요소는 "적어도 하나"의 구성요소를 의미하고, 따로 특별히 기재하지 않았다면 "단지 하나" 만을 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
용융 성형 공정은 실온으로부터 성형체의 작동 온도까지 상기 성형체를 가열하는 것으로 개시되었다. 성형체 상의 온도 프로파일의 복잡한 특성과 상기 성형체의 잠재적인 고장 원인인 대응하는 열 응력 때문에, 성형체의 하부와 상부 사이의 온도차가 가능한 낮게 유지되는 것이 바람직하다. 또한 응력 증가율을 성형체 재료의 고온 크리프(creep)로부터의 응력 완화율보다 느리게 하기 위하여, 성형체를 충분히 느리게 가열하는 것이 바람직하다. 따라서, 성형체 상의 온도의 공간적 및 일시적인 제어는 성형체의 고장을 방지하는데 중요하다.
이전에는, 성형체 상에서의 주된 열 응력의 원인은 성형체의 하부와 상부 사이의 온도차라고 여겨졌다. 따라서, 가열 소자가 고장난 경우에 있어서, 이와 같은 현상에 따르면, 성형체의 양 측면 상에서의 모든 가열 소자의 가열 전력은 바람직하게 감소될 수 있다.
그러나, 응력 상승기와 같은 메인 드라이버가 급격한 온도 변화 동안에 성형체의 표면과 코어 사이의 온도차를 발생시킨다고 알려졌다. 따라서, 고 인장 응력을 성형체의 표면에서 완화시키기 위하여, 이러한 온도차를 최소화시킬 필요가 있다.
본 발명은 오작동 가열 소자에 의해 야기된 온도 변동(upset) 동안에 성형체 상의 열 응력을 감소시키는 열 보상 공정에 관한 것이다. 본 발명은 모든 남아있는 가열 소자의 가열 전력을 감소시키는 대신에, 고장난 곳의 표면을 가열하기 위해 상기 고장난 곳을 국부적으로 열 보상하는 것이다. 이들 타입의 결과가 상부 열 구배 대 하부 열 구배가 아닌 표면 구배 대 코어 구배인 경우에, 메인 드라이버의 응력이 증가하기 때문에, 예전 이론에 따른 보상 방법은 보다 덜 효과적이고, 때때로 바람직하지 못한 상황을 만들어 냄으로써 성형체 상에 악영향을 초래할 수 있다. 본 발명의 열 보상은, 열 손실이 발생하고 고장나기 쉬운 성형체 표면상에서의 고 인장 응력을 방지하기 위한 영역에 열을 가하는 국부 위치에 초점이 맞춰진다. 본 발명은 성형체의 초기 가열 공정 및/또는 정상 작동 동안에, 성형체 상의 응력 감소를 신속하게 돕고 성형체의 고장 위험을 효과적으로 최소화하는데 조력한다.
도 2는 외피부 내측에 수용된 성형체(201)를 포함한 머플(muffle) 단면을 개략적으로 도시한 도면으로서, 상기 외피부는 제 1 측면 가열 플레이트(203)와, 상부 플레이트(205) 및 제 2 측면 가열 플레이트(207)와, 가열 소자(209, 211, 213, 215 및 217)을 포함한 제 1 측면 가열 플레이트(203) 뒤쪽의 제 1 배열의 가열 소자, 가열 소자(219, 221, 223, 225 및 227)를 포함한 제 2 측면 가열 플레이트(207) 뒤쪽의 제 2 배열의 가열 소자에 의해 형성되고, 상기 가열 소자는 외피부에 더 수용된다. 성형체(201)는 상부(202), 제 1 측면(202), 및 상기 성형체의 아이소파이프(212)의 루트에서 상기 제 1 측면(202)과 연결된 제 2 측면(204)을 포함한다. 용융된 유리가 성형체의 트로프 형상부로 유도되어, 상기 성형체의 상부(202)를 오버플로할 수 있고, 측면(202 및 204) 아래로 유동하여, 제 1 유리 리본(206 및 208)을 각각 형성하고, 성형체의 루트(212)에서 연결되어, 단일의, 제 3 리본(210)을 형성한다. 제 3 리본(210)은 루트(212) 아래로 더욱 인발되어 얇은 유리 시트로 형성된다.
각각의 가열 소자는 성형체의 고장을 유도할 수 있는 잠재적인 사용불능 상태를 갖는다. 예를 들면, 가열 소자(209 및 219)가 고장 나는 가상의 경우에 있어서, 3개의 상이한 방식이 분석되어 본 발명의 우수성을 증명한다.
상기 기재한 응력에 따른 제 1 방식에 있어서, 가열 소자(209 및 219)가 고장나면 성형체의 하부에서 급격하게 온도가 강하되고, 가열소자(211, 213, 215, 217, 222, 223, 225 및 227)의 가열 전력이 감소되어 성형체의 하부와 상부 사이의 온도차를 줄인다. 그러나, 상기 기재한 바와 같이, 이러한 급격한 온도 변화 동안의 메인 드라이버의 응력 상승은 냉각면과 성형체 공간 사이의 열 구배이며, 상기 냉각면은 가열 소자, 특히 209와 219로부터의 가열 전력의 손실을 초래하고, 표면 아래의 상기 성형체의 상기 공간은 고온을 유지한다. 따라서, 이러한 제 1 방식은 성형체의 상부와 루트 사이의 온도차 변동을 최소로 유지시키면서, 상기 성형체의 측면과 공간 사이의 열 응력을 증가시키고, 이에 따라 상기 성형체의 크랙-형성과 고장 개연성을 증대시킨다.
제 2 방식은 가열 소자(209와 219)가 고장난 경우에 대한 보정 작동을 취하지 않고, 모든 남아있는, 작동 가열 소자의 가열 전력이 실질적으로 변하지 않게 유지된다. 본 발명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 성형체의 웨지 형상부의 하부의 열 응력은 가열 소자(209 및 219)로부터의 가열 전력의 급격한 손실 때문에 매우 높을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 방식은 오작동 가열 소자(209 및 219)에 각각 인접한 가열 소자(211 및 221)는 오작동 가열 소자(209 및 219)에 의해 야기된 국부적인 열 손실을 보상하도록 증가된 전력을 갖는다는 것을 나타낸다. 남아있는 가열 소자(213, 215, 217, 223, 225 및 227)의 가열 전력은 경우에 따라, 약간 감소되거나 변하지 않거나 약간 증가될 수 있다. 이러한 방식은 성형체, 특히 웨지 형상부의 하부에서의 표면-대-코어 열 응력을 최소화시켜, 성형체의 크랙 형성 개연성과 성형체의 파손 개연성을 감소시킨다.
도 6은 상기 3개의 방식에 따라 처리된 성형체의 표면 구역에서의 최대 응력 레벨을 비교한 도면이다. 도 6에 있어서, 601은 본 발명의 실시예에 따른 제 3 방식을 나타내며, 603은 보정 작동을 취하지 않은 제 2 방식을 나타내며, 그리고 605는 가열 소자(209 및 219)의 고장에 따라 모든 가열 소자의 가열 전력이 감소되는 제 1 방식을 나타낸다. 이와 같은 그래프로부터, 본 발명은 비교 방식에 비해 성형체가 겪게 되는 응력을 상당히 감소시키는 것은 명확하다.
가열 소자(209, 211, 213, 215, 217, 219, 221, 223, 225 및 227)는 플래티늄 권선부, SiC 글로우-바(glow-bars), 등과 같은 재료로 만들어진 가열 소자에 저항성이 있다. 바람직하게 이들 가열 소자의 가열 전력은 예를 들면, 0.5KW 내지 500KW, 특정 실시예에 있어서 1KW 내지 400KW, 여러 특정 실시예에 있어서 1KW 내지 300KW, 특정 실시예에 있어서 1KW 내지 100KW, 특정 실시예에 있어서 1KW 내지 80KW, 특정 실시예에 있어서 1KW 내지 50KW, 특정 실시예에 있어서 1KW 내지 40KW, 특정 실시예에 있어서 1KW 내지 30KW의 비교적 큰 범위에서 각각 조정될 수 있다. 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 특정 실시예에 있어서, 가열 소자가 성형체의 양쪽에 배치되어 2개의 배열을 형성한다. 성형체의 2개의 측면이 노출되는 열 환경이 동일하면 매우 바람직하기 때문에, 가열 소자의 2개의 배열이 성형체의 루트를 통과하는 중앙 평면에 대해 필수적으로 대칭적으로 배치되면 매우 바람직하다. 도 2 내지 도 5에는 성형체의 각각의 측에 위치한 5개의 가열 소자가 도시되어 있다. 실제로, 가열 소자의 제 1 배열과 제 2 배열 각각은 수개 이상의 가열 소자를 포함한다.
가열 소자(209, 211, 213, 215, 217, 219, 221, 223, 225 및 227)의 가열 전력이 개별적으로 모니터되고, 제어되고 조정가능하다면 바람직하다. 따라서, 특정 실시예에 있어서, 파워 서플라이 유닛은 각각의 가열 소자를 통과하는 전류를 모니터하고, 가열 소자가 제대로 작동하는지 오작동하는지의 여부를 판정하고, 가열 소자의 가열 전력이 한계값 레벨 이하인지의 여부를 판정하고, 모든 가열 소자의 전류 및/또는 가열 전력을 개별적으로 제어 및 조정한다.
유리하게도, 특정 실시예에 있어서, 가열 소자는 필수적으로 선형이고 성형체의 루트와 평행하다. 선형 가열 소자의 이러한 수평방향 배치는 바람직한 온도 구배를 측면 가열 플레이트의 상부로부터 하부까지 정확하게 제어 및 유지할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 가열 소자 209, 211, 213, 215, 217, 219, 221, 223, 225 및 227 각각은 단일의, 연속의 저항성 가열 소자를 포함한다. 여러 실시예에 있어서, 가열 소자 209, 211, 213, 215, 217, 219, 221, 223, 225 및 227 각각은 직렬 및/또는 병렬로 연결된 하나 이상 저항성 구성요소를 포함한다.
가열 소자는 도 2 내지 도 5의 실시예에 도시된 바와 같이 측면 가열 플레이트에 매우 근접하여 유지된다. 따라서, 각각의 가열 소자는 우선적으로 특정 영역의 인접한 면 가열 플레이트를 가열할 책임이 있다. 예를 들면, 가열 소자(209 및 219)는 제 1 측면 가열 플레이트(203)와 제 2 측면 가열 플레이트(207)의 하부 영역을 우선적으로 각각 조정하고, 가열 소자 213 및 223은 우선적으로 측면 가열 플레이트의 중앙 영역을 가열할 책임이 있고, 그리고 가열 소자 217 및 227은 우선적으로 측면 가열 플레이트의 상부 영역을 가열할 책임이 있다. 이러한 부분 가열(segmented heating) 배치는 측면 가열 플레이트의 상부로부터 하부까지 바람직한 열 구배를 형성할 수 있다.
가열 소자는 단열벽(231, 233 및 235)에 의해 형성된 외피부 내측에 수용되는 것이 바람직하다. 가열 소자가 고장난 경우에, 장치 전체를 셧다운시키지 않으면서, 가열 소자가 조립체에서 용이하게 교체될 수 있도록 설계되는 것이 유리하다. 일단 오작동 가열 소자가 작동 가열 소자로 교체되면, 모든 가열 소자의 가열 방식은 정상 작동 모드를 다시 개시시키는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 4에 개략적으로 도시된 실시예에 있어서, 단열재가 각각의 인접한 가열 소자 사이에 존재하지 않는다. 따라서, 2개의 인접한 가열 소자에 의해 직접 조정된 측면 가열 플레이트에서의 영역(즉, 가열 소자의 시점 내의 영역)이 겹쳐진다. 이러한 겹쳐짐은 특정 실시예에 있어서 바람직하거나 바람직하지 않을 수 있다. 일반적으로, 인접한 가열 소자의 분리는 면 가열 플레이트에서의 열 구배의 제어성을 향상시키고, 모든 다른 상태는 동일하게 유지된다. 따라서, 특정 실시예에 있어서, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 분리벽(301, 303, 305, 307, 309, 311, 313 및 315)이 제 1 배열과 제 2 배열에서의 2개의 인접한 가열 소자 사이에 설치된다.
특정 실시예에 있어서, 성형체의 상부의 바람직한 온도를 유지하기 위하여, 가열 소자를, 성형체를 수용하는 외피부의 상부 플레이트 상에 설치하는 것이 바람직하다. 도 4 및 도 5에는 가열 소자(401 및 403)의 제 3 배열로 이루어진 실시예가 도시되어 있다. 성형체의 상부의 온도가 상당히 일정할 필요가 있기 때문에, 상부 플레이트(205)의 온도도 매우 일정할 필요가 있다. 따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 분리벽을 상부 가열 소자(401 및 403) 사이에 설치하지 않는 것이 바람직하다.
성형체의 상부와 측면이 가열 소자에 직접적으로 보여지지 않은 것이 매우 바람직하다. 이는 가열 소자가 성형체를 직접적으로 복사 가열할 수 있도록 허용된다면, 상부 가열 소자로부터 하부 가열 소자까지의 불연속적인 공간 가열 전력 분포가 성형체의 상부와 측면에 전달되는 바람직하지 못한 가열 전력 프로파일을 초래하기 때문이다.
따라서, 측면 가열 플레이트(203 및 207)는 성형체가 가열 소자의 시점으로부터 차단되게 설치된다. 본질적으로, 측면 가열 플레이트는 바람직한 가열 전력 프로파일을 제공하는 히트 싱크로 작동한다. 바람직하게는, 측면 가열 플레이트는 SiC, Si3N4, SiO2, MgO 및 BeO, Pt 그리고 이들의 합금과 같은 내화재로 만들어지고, 보다 바람직하게는 SiC, Si3N4, 플래티늄 및 이들의 합금 등과 같은 고 열전도성 재료로 만들어진다. 플레이트의 열 전도성이 높을수록, 바람직한 열 구배가 달성될 필요가 있는 플레이트가 더 얇아지게 된다. 고 열전도성에 의해 성형체의 측면이 노출되는 플레이트의 상부로부터 하부까지 연속의 공간 열 구배의 형성이 가능하게 된다. 많아야 50mm, 특정 실시예에 있어서 많아야 40mm, 특정 실시예에 있어서 많아야 30mm, 특정 실시예에 있어서 많아야 20mm, 특정 실시예에 있어서 많아야 10mm, 특정 실시예에 있어서 많아야 5mm의 두께를 갖는 SiC나 Si3N4 플레이트는 측면 가열 플레이트에 대해 사용되는 것이 바람직하다.
성형체의 2개의 측면(202 및 204)이 동일한 열 환경에 노출되는 것이 매우 바람직하기 때문에, 2개의 면 가열 플레이트(203 및 207)가 성형체의 루트(212)를 통과하는 평면과 같은 중앙 평면에 대해 대칭이라면 매우 바람직하다. 따라서, 2개의 면 가열 플레이트(203 및 207)는 유리하게도 동일한 재료로 만들어지고, 동일한 치수, 형상 그리고 치수적 안정성과 형상적 안정성을 갖는다.
특정 실시예에 있어서, 상부 플레이트(205)는, 제 3 배열의 가열 소자에 의해 가열되는지의 여부에 상관없이, 측면 가열 플레이트(203 및 207)와 동일한 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법과 장치를 사용함으로써, 특정 실시예에 있어서, 임의의 주어진 시간에서, 성형체의 5cm의 두께를 갖는 제 1 측면과 제 2 측면의 상부 층에서의 온도 구배는 많아야 100℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 80℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 60℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 50℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 40℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 30℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 20℃의 레벨, 특정 실시예에 있어서 많아야 10℃의 레벨로 유지될 수 있다. "5cm의 두께는 갖는 제 1 측면과 제 2 측면의 상부 층에서의 온도 구배"는 가상의 원통형 샘플에서의 최대의 온도차를 의미하며, 상기 원통형 샘플은 성형체의 측면에 수직한 방향으로 뻗어있는 측면 영역으로 시작하는 많아야 5cm의 높이와 1cm의 직경을 갖는다. 가열 소자가 고장난 경우의 이러한 온도 구배는 최저 표면 온도(즉, 성형체의 측면에 위치된 가상의 원통형 샘플의 상부 원형 표면의 온도)와, 최고 코어 온도(즉, 성형체 공간에 위치된 원통형 샘플의 하부 원형 표면의 온도)에 의해 명백할 수 있다.
제 1 측면 가열 플레이트와 제 2 측면 가열 플레이트를 사용하고 제 1 배열과 제 2 배열의 가열 소자를 사용하여, 성형체의 상부와 루트 사이의 온도차는 DTTB-25℃ 내지 DTTB+25℃ 사이, 특정 실시예에서는 DTTB-20℃ 내지 DTTB+20℃ 사이, 특정 실시예에서는 DTTB-15℃ 내지 DTTB+15℃ 사이, 특정 실시예에서는 DTTB-10℃ 내지 DTTB+10℃ 사이, 특정 실시예에서는 DTTB-5℃ 내지 DTTB+5℃ 사이, 특정 실시예에서는 DTTB-2℃ 내지 DTTB+2℃ 사이를 유지할 수 있으며, 여기서 DTTB는 성형체의 상부와 루트 사이의 평균 온도차이다. 따라서, 성형체의 상부와 루트 사이의 온도차의 변동은 최소가 된다.
본 발명의 범주 내에서 본 발명에 대한 여러 변경 및 수정이 가능하다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 본 발명의 청구범위의 범주 내에서 본 발명에 대한 수정 및 변경이 가능하다는 것도 알 수 있을 것이다.

Claims (2)

  1. 상부와, 제 1 측면과, 상기 제 1 측면과 루트에서 연결된 제 2 측면을 구비한 성형체를 사용하는 오버플로 공정에 의한 유리 시트 제조 방법으로서,
    제 1 유리 리본을 성형하기 위하여, 용융된 유리를 상기 제 1 측면의 적어도 일 부분 상에서 유동시키는 단계,
    제 2 유리 리본을 성형하기 위하여, 용융된 유리를 상기 제 2 측면의 적어도 일 부분 상에서 유동시키는 단계, 및
    제 3 유리 리본을 성형하기 위하여, 상기 제 1 유리 리본과 상기 제 2 유리 리본을 루트에서 융합시키는 단계를 포함하고,
    (A) 상기 제 1 측면은 제 1 측면 가열 플레이트에 의해 복사 가열되고, 상기 제 1 측면 가열 플레이트는 상기 제 1 측면 가열 플레이트 뒤쪽에 위치된 제 1 배열의 별도로 모니터되고 제어되는 가열 소자에 의해 가열되고;
    (B) 상기 제 2 측면은 제 2 측면 가열 플레이트에 의해 복사 가열되고, 상기 제 2 측면 가열 플레이트는 상기 제 2 측면 가열 플레이트 뒤쪽에 위치된 제 2 배열의 별도로 모니터되고 제어되는 가열 소자에 의해 가열되며;
    (C) 상기 제 1 배열과 상기 제 2 배열에서의 오작동 가열 소자의 가열 전력이 한계값 레벨로 감소된다면, 상기 오작동 가열 소자가 마주보는 측면의 일부와 상기 오작동 가열 소자가 마주보는 측면의 상기 일부 아래의 성형체의 공간 사이에 바람직하지 못한 열 구배가 형성되지 않게 하기 위하여, 인접한 작동 가열 소자의 가열 전력이 증가되도록, 상기 제 1 배열과 상기 제 2 배열의 상기 가열 소자의 가열 전력이 제어되는 것을 특징으로 하는 유리 시트 제조 방법.
  2. 용융 인발 공정에 의한 유리 시트 제조 장치로서,
    (ⅰ) 상부, 제 1 측면, 상기 제 1 측면과 루트에서 연결되는 제 2 측면을 구비한 성형체;
    (ⅱ) 상기 제 1 측면을 복사 가열하도록 적용된 상기 제 1 측면 부근의 제 1 측면 가열 플레이트;
    (ⅲ) 상기 제 1 측면 가열 플레이트 뒤쪽에 위치한 제 1 배열의 가열 소자;
    (ⅳ) 상기 제 2 측면을 복사 가열하도록 적용된 상기 제 2 측면 부근의 제 2 측면 가열 플레이트;
    (ⅴ) 상기 제 2 측면 가열 플레이트 뒤쪽에 위치한 제 2 배열의 가열 소자; 및
    (ⅵ) 상기 제 1 배열의 가열 소자와 상기 제 2 배열의 가열 소자에 있어서 상기 가열 소자의 가열 전력을 모니터하고, 제어하고 조정하도록 적용된 파워 서플라이 유닛을 포함하고,
    상기 파워 서플라이 유닛은 오작동 가열 소자의 가열 전력이 한계값 레벨로 감소된다면,
    상기 오작동 가열 소자가 마주보는 측면의 일부와 상기 오작동 가열 소자가 마주보는 측면의 상기 일부 아래의 성형체의 공간 사이에 바람직하지 못한 열 구배가 형성되지 않게 하기 위하여, 상기 오작동 가열 소자에 인접한 작동 가열 소자의 가열 전력을 증가시키는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 제조 장치.
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