KR20180104136A

KR20180104136A - 특징적인 에지-근처 위상 지연을 가진 열 강화된 유리 시트

Info

Publication number: KR20180104136A
Application number: KR1020187024995A
Authority: KR
Inventors: 라빈드라 쿠마 아카라푸; 제프리 존 도메이; 윌리엄 존 퍼나스; 애너라그 제인; 존 크리스토퍼 토마스
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2016-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-09-19
Also published as: EP3408244A1; BR112018015683A2; JP2019507091A; TW201736293A; WO2017132698A1; CN108602719A; US20190039937A1

Abstract

강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트는 제1 주 표면, 제1 주 표면에 대향하는 제2 주 표면, 상기 제1 및 제2 주 표면 사이에 위치한 내부 영역, 상기 제1 및 제2 주 표면과 경계를 이루며 그 사이에서 연장되고 시트의 둘레를 한정하는 외부 에지 표면, 및 상기 시트의 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이의 국부적인 거리로서 정의된 두께를 포함하며, 상기 시트는 유리 또는 유리 세라믹을 포함하며 열적으로 강화되고, 상기 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.1 nm Ra 이상이며 500 nm Ra 이하의 거칠기를 가지며, PP < 0.05·(LL)이고, 여기서, LL은 측정 위치가 시트의 외부 에지에서의 지점으로부터 안쪽으로, 외부 에지로부터의 3배 두께 지점으로 이동하면서, 시트의 제1 표면 상의 측정 위치에서 시트의 제1 및 제2 주 표면을 통해 시트를 통해 측정된, 시트의 외부 에지에 평행한 것보다 수직에 더 가까운 저속축(slow axis)을 가진 최대 차등 광학 위상 지연(maximum differential optical retardation)이며, PP는 측정 위치가 시트의 외부 에지에서의 지점으로부터 안쪽으로, 외부 에지로부터의 3배 두께 지점으로 이동하면서, 측정 위치에서, 시트의 제1 및 제2 주 표면을 통해 시트를 통해 측정된, 시트의 외부 에지에 수직한 것보다 평행에 더 가까운 저속축을 가진 최대 차등 광학 위상 지연이다.

Description

특징적인 에지-근처 위상 지연을 가진 열 강화된 유리 시트

본 출원은 2016년 1월 31일에 제출된 미국 가출원 번호 62/289,334, 및 2016년 11월 30일에 제출된 미국 가출원 번호 62/428,530의 우선권을 주장하며, 그 내용 전체가 참조로서 본원에 포함된다.

본 출원은 다음 출원을 전부 참조로써 본원에 포함한다: 2016년 1월 29일 제출된 미국 가출원 번호 62/288,851, 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,232; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,181; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,274; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,293; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,303; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,363; 2015년 7월 30일 제출된 미국 가출원 번호 14/814,319; 2015년 7월 30일 제출된 미국 가출원 번호 14/814,335; 2014년 7월 31일 제출된 미국 가출원 번호: 62/031,856; 2014년 11월 4일 제출된 미국 가출원 번호 62/074,838; 2015년 4월 14일 제출된 미국 가출원 번호 62/031,856; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,232; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,181; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,274; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,293; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,303; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,363; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,319; 2015년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 14/814,335; 2015년 8월 2일 제출된 미국 가출원 번호 62/236,296; 2016년 1월 29일 제출된 미국 가출원 번호 62/288,549; 2016년 1월 29일 제출된 미국 가출원 번호 62/288,566; 2016년 1월 29일 제출된 미국 가출원 번호 62/288,615; 2016년 1월 29일 제출된 미국 가출원 번호 62/288,695; 2016년 1월 29일 제출된 미국 가출원 번호 62/288,755.

본 발명은 일반적으로 개선된 열적으로 템퍼링된 유리, 및 이를 제조하는 방법 및 장치에 대한 것이며, 더욱 구체적으로는, 시트를 통한 특징적인 에지-근처 위상 지연에 의해 입증된 우수한 에지 강도 특성을 생성하면서, 과도한 비균질성 또는 거칠기, 또는 다른 원치않는 특성을 유발하지 않고, 바람직하게 높은 속도로, 유리 시트로의 및/또는 유리 시트로부터의 열전달을 위한 방법 및 장치에 대한 것이다.

"열 템퍼링된 유리 및 유리의 열 템퍼링을 위한 방법 및 장치"를 명칭으로 하는 공동-양도된 미국 특허 9,296,638 ('638 특허)는 유리 시트 가열 및/또는 열 템퍼링을 위한 방법 및 장치를 개시한다. 상기 '638 특허는 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.

"유리 시트" 및 "유리 리본"이라는 문구는 본 명세서 및 청구 범위에 널리 사용되며 하나 이상의 유리 및/또는 하나 이상의 유리-세라믹, 더불어 라미네이트 또는 하나 이상의 유리 및/또는 하나 이상의 유리-세라믹 조성물을 포함하는 다른 복합재로 이루어진 시트 및 리본을 포함한다. "유리 시트"라는 문구는 유리 시트 및 유리 리본을 총괄하여 나타내는데 사용된다. "유리"는 유리 및 유리 세라믹으로 알려진 재료를 포함한다.

본 발명은 '232, '851, 및 '856 출원의 열적으로 템퍼링된 유리의 제조를 위한 방법 및 장치에 대한 부가적인 기능 또는 강화를 제공하며, 이와 함께, 상기 출원의 방법 및 장치는 개선된 특성, 특히, 특징적인 에지-근처 위상 지연 프로파일(characteristic near-edge retardance profile)에 의해 입증된 개선된 에지 강도를 가진 열 강화된 유리 시트의 제조를 제공한다.

실시예에 따르면, 강화된 유리 시트가 제공되고, 상기 시트는 제1 주 표면, 제1 주 표면에 대향하는 제2 주 표면, 상기 제1 및 제2 주 표면 사이에 위치한 내부 영역, 상기 제1 및 제2 주 표면과 경계를 이루며 그 사이에서 연장되고 시트의 둘레를 한정하는 외부 에지 표면, 및 상기 시트의 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이의 국부적인 거리로서 정의된 두께를 포함한다. 상기 시트의 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.05 내지 0.8 nm Ra 범위의 거칠기를 갖는다. 상기 시트는 또한 PP < 0.05·(LL)을 만족하며, 여기서, LL은 시트의 외부 에지에 평행한 것보다 수직에 더 가까운 저속축(slow axis)을 가진 최대 차등 광학 위상 지연(maximum differential optical retardation)으로 정의되고, PP는 (존재하는 경우) 시트의 외부 에지에 수직한 것보다 평행에 더 가까운 저속축을 가진 최대 차등 광학 위상 지연으로 정의되며, 그렇지 않으면 제로이고, PP 및 LL 모두는 시트의 외부 에지 표면에서 시트 3배 두께만큼 떨어진 위치에서 시작하여 시트의 외부 에지 표면에 대해 시트의 두께의 1/100의 단계씩 이동하며 제1 및 제2 주 표면을 통해 시트를 통하여 측정되고, 상기 LL 값은 ASTM C1279에 제공된 것과 같이 시트의 외부 에지 표면에서의 최대 위상 지연의 추정치(extrapolation)를 포함한다.

실시예에 따르면, PP는 0.03·(LL), 0.02·(LL), 0.01·(LL), 또는 0.001·(LL)보다도 작을 수 있다. 물론, PP는 제로일 수도 있다.

상기 실시예 중 임의의 것과 호환되는 다른 실시예에 따르면, ISO 19606 표준에 따라 10 ㎛ x 10 ㎛ 의 제1 주 표면 상의 구역에 대해 측정된 Ra 거칠기는 0.05 또는 0.1 nm 내지 20, 4, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 또는 0.2 nm Ra 만큼 낮은 범위에 있을 수 있다.

상기 실시예 중 임의의 것과 호환되는 다른 실시예에 따르면, 시트의 두께는 0.1, 0.2 또는 0.5 mm 내지 3, 2.8, 2.6, 2.4, 2.2, 2.0, 1.8, 1.6, 1.4, 1.2, 1.1, 1, 0.9, 0.8, 0.7, 및 0.6 mm의 범위 내에 있을 수 있다. 시트의 하나의 재료는 소다 석회 유리일 수 있다.

사용된 참조 문자는 단지 독자의 편의를 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니며 제한하는 것으로 해석되어서는 않된다. 더욱 일반적으로, 전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 본 발명의 예시에 불과하며, 본 발명의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명에서 설명되며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 명백하거나, 본 명세서의 설명에 의해 예시된 바와 같이 본 발명을 실시함으로써 인식될 것이다. 첨부된 도면은 본 발명의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 본 명세서 및 도면(비율대로 도시되지 않음)에 개시된 본 발명의 다양한 특징은 개별적으로 및 임의의 모든 조합으로 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 1은 유리 시트를 가열 또는 냉각시키기 위한 히트 싱크 또는 소스(heat sink or source)의 하나의 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 2는 유리 시트 가열 및 퀀칭(quenching)하기 위한 장치의 하나의 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 3은 히트 소스의 하나의 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 4는 시트 또는 유리를 포함하는 시트의 사시도이다.
도 5는 히트 싱크 또는 소스의 하나의 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 6은 히트 싱크 또는 소스의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 7은 종래의 강제 가스 대류 템퍼링 공정의 작동 중 제조될 것으로 여겨지는 시트에 대한 가스 유동의 개략적인 단면도이다.
도 8a 및 8b는 본원에 설명된 것과 같은 히트 싱크의 두 상이한 실시예의 작동 중 제조될 것으로 여겨지는 시트에 대한 가스 유동의 개략적인 단면도이다.
도 9는 열 템퍼링에 의해 시트에 생성된 응력의 시뮬레이션 계산에 사용된 단면을 보여주는 유리 시트의 투명 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 위치에서, 템퍼링 공정 시뮬레이션에 의해 계산된 것과 같은, 주 표면 냉각 속도에 대해 변하는 에지 냉각 속도하에 유리 시트에 생성된 특정 에지 응력의 그래프를 나타낸다.
도 11은 시트의 두께를 통한 에지 위상 지연 프로파일의 시뮬레이션 계산에 사용된 단면을 나타내는 유리 시트의 투명한 사시도이다.
도 12는 퀀칭 동안 다양한 에지 열 전달에 대해 에지에 평행한 방향에서의 거리의 함수로서 유리 시트의 두께를 통한 에지 위상 지연 프로파일에 대한 시뮬레이션 결과의 그래프이다.
도 13은 다공성 가스 베어링을 이용하여 템퍼링된 본 발명에 따른 유리 시트에 대한, 및 강제 공기 대류에 의해 템퍼링된 비교의 유리 시트에 대한 에지에 평행한 방향의 거리의 함수로서 유리 시트의 두께를 통한 측정된 에지 위상 지연 프로파일의 그래프이다.
도 14는 이산 홀 가스 베어링을 이용한 템퍼링된 본 발명에 따른 유리 시트에 대한, 및 강제 공기 대류에 의해 템퍼링된 비교의 유리 시트에 대한 에지에 평행한 방향의 거리의 함수로서 유리 시트의 두께를 통해 측정된 에지 위상 지연 프로파일의 그래프이다.

도 1은 유리 시트(10)를 가열 또는 냉각하기 위한 한 쌍의 히트 싱크 또는 소스(Si/So)의 배열의 하나의 실시예의 개략적인 단면도이다. 시트(10)와 히트 싱크 또는 소스(Si/So) 사이의 얇은 갭(20)은 가스를 담고 있으며, 그를 통해 시트(10)를 가열 또는 냉각시키기 위해 열이 전도되어 총 가열 또는 냉각의 적어도 20 %, 바람직하게는 30, 40, 50, 60, 및 70, 80 또는 90 % 또는 그 이상이 전도에 의해 전달된다. 시트(10)는 임의의 적합할 수 있는, 그리고 가장 바람직하게는 비-접촉 수단, 초음파 에너지, 정전기력과 같은 대안을 포함하여, 바람직하게 갭(20)(제1 갭(20a) 및 제2 갭(20b)을 포함하는)에 형성된 가스 베어링에 의해 두 개의 싱크 또는 소스(Si/So)들 사이에서 지지된다.

시트(10)는 싱크 또는 소스(Si/So) 사이에서 고정되거나 움직임을 가질 수 있다. 시트(10)는 싱크 또는 소스(Si/So)의 크기보다 더 작거나(하나의 치수 또는 둘 모두) 또는 더 클 수 있다(바람직하게 하나의 치수에서만, 이 경우 더 큰 방향에서 연속으로 처리하는 것이 바람직하다). 시트(10)는 동시에 함께 가열되거나 냉각되는 다중 시트일 수 있다. 제1 및 제2 갭(20a, 20b)의 가스는 같거나 또는 다를 수 있으며, 둘 모두 또는 그 중 하나는 가스 혼합물 또는 본질적으로 순수한 가스일 수 있다. 일반적으로, 비교적 높은 열 전도율을 가진 가스 또는 가스 혼합물이 바람직하다. 가스 베어링의 사용은 갭(20a, 20b)의 원하는 크기를 견고하게 유지할 수 있게 하며, 이는 액체 또는 고체와 직접 접촉하여 냉각 또는 가열되는 것과 비교하여, 그리고 강제 공기 대류에 의해 냉각되는 것에 비해, 캡(20)의 모든 구역에 걸쳐 상대적으로 균질한 열 전달률을 가능하게 한다.

도 2의 개략적인 단면도에서 나타난 것처럼, 열 템퍼링 또는 강화 장치(8)는 일반적으로 가열 존(30) 및 냉각 존(40) 모두를 포함하며, 둘 모두는 도 1에서와 같이 얇은 가스 갭(20)을 가진, 시트에사 분리된, 한 쌍의 히트 소스(So) 또는 한 쌍의 히트 싱크(Si)로 형성될 수 있다. 대안으로서, 가열 존은 본원에 도시된 히트 소스(So)의 얇은-갭 배열보다는 종래의 노 또는 오븐 형태일 수 있다. 일반적인 용어로서, 가열 존(30)은 열 강화에 충분한 온도까지 유리 시트를 가열하고, 냉각 존(40)은 시트가 대기 온도에 (나중에) 최종적으로 도달할 때 열 강화의 원하는 수준을 얻기 위해 충분한 속도와 시간으로 시트의 표면을 통해 열을 제거함으로써 시트의 온도를 낮춘다. 시트(10)는 템퍼링 효과를 발생하기 충분한 온도로 가열되고(일반적으로, 유리 전이점과 유리의 연화점 사이의), 냉각 존에서 냉각된다. 이송은 임의의 적합한 수단을 이용할 수 있다.

도 4는 유리를 포함하는 시트(10)의 사시도이며, 제1 주 표면(12), 상기 제1 주 표면과 대향하는 제2 주 표면(14)(도 3에서 안보이는), 상기 제1 및 제2 주 표면 사이에 위치한 내부 영역(I), 상기 제1 및 제2 주 표면과 경계를 이루며 그 사이에서 연장되고 시트의 둘레를 한정하는 외부 에지 표면(16)을 포함한다. x-y-z 좌표는 두께 방향의 z를 가지며, 쉽게 참조할 수 있도록 표시된다.

대안의 실시예로서, 가스 베어링은 도 5 및 6에 도시된 형태 중 하나를 취할 수 있다. 도 5는 히트 싱크 또는 소스(Si/So)의 하나의 실시예에 대한 개략적인 단면도이며, 도 6은 히트 싱크 또는 소스(Si/So)의 다른 실시예에 대한 개략적인 단면도이다. 이러한 실시예들 모두에서, 원형 구조체는, 예컨대 실시예가 히트 소스(So)인 경우에는 카트리지 가열기, 또는 실시예가 히트 싱크(Si)인 경우는 냉각 통로와 같은, 열 제어 구조체(34)이다. 도 5의 실시예는 이산 홀(36, discrete holes)을 채용하며 이를 통해 플레넘(38, plenum)으로부터 가스가 공급될 수 있다. 도 6의 실시예는 다공성 구조체(42)를 포함하며 이를 통해 가스가 마찬가지로 플레넘(38)으로부터 공급될 수 있고, 이는 가스가 상기 다공성 구조체(42)의 표면(44)의 모든 부분으로부터 기본적으로 방출되는 효과를 갖는다.

도 5 및 6에서와 같은 가스 베어링을 이용하여 또는 다른 적합한 비-접촉 수단을 이용하여, 도 2의 열 강화 장치에서 비-접촉 처리 및 취급이 가능하기 때문에, 시트(10)의 제1 주 표면(12)은, 플롯 유리(float glass)의 "공기 측면"의 플로팅된 품질로서, 또는 융합-인발된 유리의 양쪽의 인발된 품질로서 보존됨으로써 얻어진, 매우 낮은 거칠기를 가질 수 있다. ISO 19606의 기준에 따른 제1 주 표면의 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 측정된 Ra 거칠기는 0.05 또는 0.1 nm에서 20, 4, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3 또는 0.2 nm Ra만큼 낮은 정도까지의 범위일 수 있다. 대향하는 가스 베어링의 자체-복원 또는 자체-중심 효과는 얇은 유리 시트가 매우 얇은 시트로 평평하게 유지되는 것에 도움을 줄 수 있다. 더 두꺼운 시트뿐만 아니라, 0.1, 0.2 또는 0.5 내지 3, 2.8, 2.6, 2.4, 2.2, 2.0, 1.8, 1.6, 1.4, 1.2, 1.1, 1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6 mm 범위 내의 얇은 두께의 시트도 처리될 수 있다.

시트(10)의 구역에 걸쳐 냉각 존(40)에서의 냉각 효과의 균일성을 얻는 것은 갭(20)의 필요한 크기를 유지하는 것을 요한다. 냉각 존 내 갭(20a, 20b)에서의 가스의 균질성을 유지하는 것도 또한 중요하다는 것이 알려져 있다. 히트 소스(So) 갭 및 히트 싱크(Si) 갭에 상이한 가스가 사용된 경우, 가스는 도 2에 화살표 A로 나타낸 것처럼, 히트 소스(So)와 히트 싱크(Si) 사이의 위치에서 적절한 흡기 또는 진공 수단을 통해 빼내질 수 있으므로, 상이한 가스는 냉각 존의 히트 싱크(Si) 내에서(또는 히트 소스(So) 내에서) 혼합되지 않는다. 대안으로 및 선택적으로서, '638 특허에 개시된 것처럼, 가열 존 및 냉각 존 사이에 배치된 전이 존은 냉각 존에서와 같이 동일한 가스의 공급을 포함할 수 있고 냉각 존 가스가 상이한 경우 냉각 존 가스로부터의 가열 존 가스를 물리적으로 격리할 수 있다. 흥미롭게도, 그리고 강제 대류 가스 템퍼링과는 달리, 가스가 동일하고 전도가 우세한 열 전달 모드인 경우, 고온 존(30)으로부터 저온 존(40)으로의 시트(10)와 이동하는 임의의 고온 가스는, 가스의 열 질량이 전도의 영향에 비해 무시할만하기 때문에, 공정 중 매우 중요한 요인은 아니다.

가열 중 열 전달 속도의 우수한 균질성과 그에 따른 균질한 온도 특성 및 시트(10)의 최종 특성에 대해, 가열 에너지의 비-균일한 분포를 제공하는 히트 소스(So)를 제공하는 것이 또한 바람직하다. 도 3은 히트 소스(So) 내에 분포된 카트리지 가열기(32) 형태의 가열 에너지의 비-균일한 분포를 가진, 도 1 및 2의 것과 같은 히트 소스(So)의 개략적인 단면도를 도시한다. 도면의 히트 소스(So)의 좌측 및 우측 가장자리 근처의 카트리지 가열기의 제1 간격(S1)은 히트 소스(So)의 더 중앙의 영역에서의 카트리지 가열기의 제2 간격(S2)보다 더 가깝다. 이는 대부분의 환경에서 필요한, 히트 소스(So)의 좌측 및 우측 가장자리에서 주변 환경에 대한 열 손실 균형을 맞추는 효과를 갖는다. 유사하게, 카트리지 가열기(32) 내의 권선(windings)은 히트 소스(So)의 더 중앙의 영역에서의 제2 평균 권선 밀도(W2)보다 더 큰 히트 소스(So)의 가장자리(도면의 정상 및 바닥) 근처의 제2 평균 권선 밀도(W1)를 가질 수 있다.

도 3의 히트 소스(So)에 의해 또는 다른 적합한 수단에 의해 달성될 수 있는 것처럼, 냉각 직전 시트의 열 특성의 우수한 제어를 통해, 그리고, 도 2와 연관되어 설명된 것처럼, 히트 싱크(Si)에서, 또는 다른 적합한 수단에 의해, 원치않는 가스의 혼합을 막기 위해 취해진 단계를 통해, 유리 및/또는 유리 세라믹을 포함하는 열 강화된 시트는 특히 유리 두께 및 유리 특성의 함수로서 달성된 강화에 대해, 매우 우수한 품질을 가진 것으로 생산될 수 있다. 특히, 개선된 특성은, 이에 한정하지 않지만, 열 강화에 의해 제조되거나 영향을 받는 매개변수의 높은 균일성을 포함할 수 있다.

예를 들어, '638 특허의 발명과 비교하여 본 발명에 따라 처리된 시트는 막 응력의 바람직한 낮은 편차, 두께 관통 광학 위상 지연을 달성할 수 있으며, N=100의 샘플 수에 대해 x 및 y 방향으로 연속으로 분포된 시트(10)의 제1 주 표면(12)을 통해 전달되어, ASTM F218에 따라 사용하여 취해진 막 응력의 샘플 또는 두께 관통 위상 지연 측정 샘플의 정상화된 표준 편차 Sn

(1)은 (외부 에지 표면(16)으로 너무 가깝게, 즉, 시트의 3배 두께 이내의 측정은 포함되지 않음) 0.02, 0.015, 0.01, 0.005, 0.002, 0.001만큼 낮거나 더 낮다.

개선된 특성은 또한 특징적인 에지 응력 위상 지연 프로파일에 의해 입증된 것처럼, 높은 에지 강도를 포함한다.

에지 강도 및 에지 응력 위상 지연 프로파일

본 발명에 따른 시트의 에지 강도는 종래의 강제 공기 대류 냉각을 이용하여 강화된 시트에 비해 개선된 것을 알 수 있다. 이는 도 2의 장치(8) 및 '638 특허에 개시된 것과 같은 유사한 장치에 사용된 가스의 주어진 상대적으로 매우 느린 유동을 고려하면 다소 놀라운 것이다. 이 에지 강도가 개선된 것은 부분적으로 샘플의 템퍼링 및 샘플에서 생성된 결과적인 광학 위상 지연의 시뮬레이션을 통해서 발견되었다.

도 9는 열 템퍼링 공정이 ANSYS 템퍼링 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션된 유리 시트(10)의 투명한 사시도이다. 제로, 이후, 외부 에지 표면에서 냉각의 수준을 증가시키며, 즉, 0, 0.1, 0.5, 및 마지막으로 1.0과 같이 주 표면 대 외부 에지 표면의 열전달계수 비율의 4가지 조건에 대해, 그리고 2512 W/m²°K로 설정된 주 표면 열전달계수를 가진, 114 mm 길이, 58 mm 폭 및 1.1 mm 두께 시트의 템퍼링이 시뮬레이션 되었다. 예상되는 결과적인 템퍼링 응력을 확립하기 위해 음영 영역(11)에 응력 후-처리가 수행되었다. 외부 에지 표면의 z 축 방향을 따라 이동하는(즉, 도 9의 음영 영역(11)의 우측 가장 모서리를 따라) 점에서 계산된, 도 9의 y 축 방향에서의 결과적인 계산된 응력은 각각 0, 0.1, 0.5, 및 1.0의 4개 비율에 대해 도 10에서 그래프로 도시된다.

도 9 및 10을 참고하면, 도 10의 그래프에서 볼 수 있듯이, 시트(10)의 외부 에지 표면에서 시뮬레이션된 냉각이 제로인 경우, (두 주 표면 사이의 중심의) 시트의 중심선(C)에서 및 그 근처의 외부 에지 표면의 영역은 압축보다는 y-벡터 방향(그래프에서 양의 값)으로 인장을 받는다. 외부 에지 표면에서 시뮬레이션된 냉각이 주 표면에서와 같이 10 %인 경우, 시트(10)의 외부 에지 표면의 측면(S)의 중심에서 시뮬레이션된 위치에서, 외부 에지 표면의 중심선(C)은 약 5-7 MPa로, (y-벡터 방향으로) 거의 압축되지 않는다. 외부 에지 표면의 중심이 100 MPa 내지 거의 150 MPa까지 압축되는 (y-벡터 방향으로) 범위인, 0.5와 1의 비율에 대해 훨씬 만족스러운 결과가 나타난다. 불행하게도 시트(10)의 외부 에지 표면의 중심선(C)에서의 y-벡터 방향의 인장력 및/또는 압축은 직접 측정하기 다소 어렵다.

상응하는 시뮬레이션이 시트의 외부 에지 표면에서의 다양한 열전달 속도에 대해 다시 수행되고, 결과적인 응력 분포가 시트의 관련 부분에 대해 계산된다. 결과적인 광학 위상 지연은 시트(10)의 두께를 통해(z-축 방향으로) 계산되어, 시트의 에지로부터 시트의 적어도 3배 두께 거리에서 시작하며, 이후 에지까지 즉, 도 11의 평행선(60)으로 나타낸 광학 경로를 따라 진행한다. 도 12는 계산된 위상 지연의 그래프이며, 저속축이 접근되는 에지에 수직으로(또는 평행보다는 더욱 수직에 가깝게) 음의 값이 도시되고, 저속축이 접근되는 에지에 평행하게(또는 수직보다 더욱 평행에 가깝게) 양의 값이 도시된다. 이러한 그래프는 때론 에지 위상 지연 프로파일 또는 ERP로 알려져 있으며, 본원에 명시된 것과 같은 측정 지점, 즉 외부 에지 표면에서 3개의 시트 두께만큼 떨어진 곳에서 시작하여 외부 에지 표면으로 이동하는 시트 두께의 1/100에서 이격된 지점을 가진, 본 발명의 목적을 위한 ASTM C1279 절차 B(에지 응력 측정)에 따라 측정된다(그러나 이에 따라 해석되지는 않음). 도 12에 도시된 시뮬레이션된 ERP는, 각각 2512 W/m²°K의 주 표면 열전달률을 가진, 가장 피크 곡선부터 가장 작은 곡선까지 도면에서 순서대로, 0, 50, 250, 640, 1250, 2500, 및 5000 W/m²°K의, 따라서, 각각, 외부 에지 표면에 대해 주 표면의 약 0, 0.02, 0.10, 0.25, 0.50, 1.0, 및 2.0의 비율에 상응하는 에지 열전달률에 대한 것이다(0.25 및 0.5 자취는 상당히 중첩되며, 0.25는 점선으로 표시되고 0.50은 실선으로 표시된다)

도 12에서 볼 수 있는 것처럼, 외부 에지 표면 냉각 속도가 더 낮을수록, 양의 피크(peak), 또는 양의 피트를 향하는 경향(저속축이 에지에 평행한 더 높은 최대 위상 지연을 나타내는)이 더 높아지고, 외부 에지 표면 냉각을 더 높이면, 낮은 높이 또는 존재하지 않는 양의 피크에 대한 경향이 더 커진다.

도 10 및 12의 시뮬레이션 결과의 비교 및 상관관계에서 볼 수 있듯이, ERP는 특히 시트(10)의 외부 에지 표면(16)의 중심선(C)에서 에지의 강화를 측정하는 비-파괴적인 방법을 제공한다. 이는 도 12의 가장 오른쪽에 있는 본질적으로 동일한 최저 음의 값이 본질적으로 동일한 수준의 에지 강도를 나타내는 것으로 여겨지는 최신 기술에 대한 현재의 이해와 상반된다. 적어도 시트의 외부 표면의 중심선에서의 y 방향으로의 에지 강도에 대해서는 분명히 그렇지 않다.

놀랍게도, 본 발명의 방법에 따라 제조된 유리 시트 샘플에서 측정된 ERP는 종래의 대류 템퍼링 방법으로 제조된 유리 시트에서 측정된 ERP보다 더 큰 에지 강도(이는 양의 피크를 향하는 경향을 덜 나타내고, 저속축이 에지와 평행한 경우 더 높은 최대 위상 지연을 나타낸다)를 입증한다.

본 단락에서의 이론적인 논의는 본 발명의 범위 또는 본 발명에 대한 청구범위에 구속력을 갖는 것으로 간주되지 않지만, 발명자의 현재의 이해와 일치하는 것으로 다음이 제공된다. 구체적으로, 도 7은 공지된 유리의 강제 공기 대류 열 템퍼링과 일치하는 것으로 여겨지는 가스 유동 스트림(S)을 나타낸다. 매우 큰 공기 유동은 일반적으로 상대적으로 얇은 유리에서 높은 강도를 생성하거나 강도를 내는 데 사용되어야 한다. 사용된 높은 공기 유동은 처리 중인 시트 또는 시트(10)의 주 표면을 떠나는 높은 속도 스트림을 야기하며, 저 유동(50)(또는 부분적인 진공)의 결과적인 존은 유동 스트림(S)들 사이의 시트(10)의 외부 에지 표면(16)을 생성하고, 시트(10)의 냉각 중 외부 에지 표면(16)에서 낮은 열전달률을 초래한다. 도 8a는 도 5에 나타난 것과 같은 이산-홀 히트 싱크 실시예를 이용하여 유리 시트(10)의 냉각과 일치하는 것으로 여겨진 가스 유동 스트림(S)을 나타낸다. 상기 스트림(S)은 현저히 낮은 체적 및 속도를 가지며 유동(50)의 훨씬 더 작은 존을 생성하여, 강제 공기 대류 냉각에 비해 시트(10)의 냉각 중에 외부 에지 표면(16)에서 개선된 열전달률을 야기한다. 도 8b는 도 6에 나타낸 것과 같은 다공성 구조체 히트 싱크 실시예를 사용하여 유리 시트(10)의 냉각과 일치하는 것으로 여겨지는 가스 유동 스트림(S)을 도시한다. 스트림(S)은 다공성 구조체의 표면(44)의 본질적으로 모든 위치로부터 흐르고, 이산-홀 히트 싱크를 이용하는 냉각에 비해서도, 냉각 중 외부 에지 표면(16)에서의 낮은 유동이 없거나 거의 없는 존과 시트(10)의 외부 에지 표면(16)에서의 개선된 열전달률을 야기한다. 상기 효과들에 더하여, 얇은-가스-갭 히트 싱크의 사용은 시트(10)의 냉각 동안 외부 에지 표면(16)에서 지향되는 보조 가스 유동(AF)의 선택적인 사용을 허용한다. 시트(10)의 주 표면(12, 14)에 필요한 가스 유속은 매우 낮을 수 있기 때문에, 보조 가스 유동(AF)은 외부 에지 표면(16)에 도달하여 이로부터 상당한 정도로 이로운 영향을 미치고 거기에서 증가된 열 전달률을 제공한다. 또한, 본 발명 및 '638 특허의 방법에서, 강화 목적을 위한 유리 시트의 냉각은 20 내지 300 ㎛의 범위와 같은, 상대적으로 작은 치수의 가스 갭을 통한 전도에 의해 주로 발생한다. 시트 또는 냉각시의 시트와 히트 싱크(Si) 사이에 이러한 작은 갭이 사용되어, 약 3 mm 또는 2 mm 이하의 유리판이 처리될 때, 시트 외부 에지 표면과 히트 싱크(Si)의 표면 사이의 도 1에 도시된 거리 dd는 또한 상대적으로 작게 된다. 이것은 주 요인으로 여겨지지만 이러한 이유의 전부 또는 일부에 대해, 에지 강도는 유리 시트의 표준 대류 템퍼링 또는 강화와 관련하여 향상된다.

도 13은 상기 유리 시트는 본 발명의 방법 및 장치에 따라 제조된, 본 발명에 따른 두께 1.1 mm의 유리 시트에 대해 측정된 ERP(100)의 그래프로서, 비교를 위해 강제 공기 대류에 의해 냉각된 두께 ~ 1.7 mm의 유리 시트의 ERP(102)와 함께 도시된다. x 축은 밀리미터(mm)로 위치를 나타내고; y 축은 위상 지연의 나노미터(nm)를 나타낸다. 테스트 목적을 위해, ERP(102)의 위상 지연 측정은 상부 3 x t 괄호의 가장 좌측 에지로 나타내는 에지로부터, 시트(이 경우 ~ 1.7 mm)의 두께에 3배 지점에서 시작하며, 상부 3 x t 괄호의 가장 우측 에지로 나타내는 에지로 실행된다(또는 ASTM C1279에 따라 에지에 대해 추정하여, 판독값으로서 얻어질 수 있는 에지에 가까운 것으로서). 시트의 두께(t)가 오직 1.1 mm 인 ERP(100)에 대해, 테스트 영역은 도면의 하부 3 x t 괄호로 나타낸다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 강제 공기 퀀칭 샘플에 대한 ERP의 특징적인 상승(도면에서 우측에서 좌측으로)이 존재하여, 제로(본원에서 LL로 정의된, 시트의 외부 에지 표면(16)에 평행한 저속축과의 최대 차등 위상 지연을 나타내는)보다 큰 피크 값은 제로(본 명세서에서 PP로 정의된, 시트의 외부 에지 표면(16)에 수직인 저속축과의 최대 차등 위상 지연을 나타내는) 미만의 피크의 절대값의 실질적인 부분이다. 그래프의 용어에서, PP는 3 x t 영역 내에서 제로보다 작은 최대 절대값 - 가장 높은 흔적에 대해, PP로 표시된 영역 내의 최대 절대값 - 으로 정의되고, LL은 3 x t 영역 내의, 최대 양의 값 - 최상위 트레이스의 경우, LL 표시된 영역 내의 최대 값 - 으로 정의된다. 3 x t 영역 내에 양의 값이 없으면 - 수직보다 에지에 더 평행한 저속축을 가진 위상 지연이 없으면, LL은 제로로 정의된다.

도 13의 ERP는 LL이 제로로 정의된 예시를 제공한다. 높은 강도의 에지를 가진 본 발명의 시트의 실시예에서, 시트의 외부 에지 표면(16)에 평행한 저속축을 가진 최대 차등 위상 지연은 시트의 외부 에지 표면(16)에 수직한 저속축을 가진 최대 차등 위상 지연의 최대 5-10 % 또는 0.05-0.10 배이다. 다공성 베어링에서 냉각된 1.1 mm 시트의 ERP인 ERP(100)에서 볼 수 있는 것처럼, 특히 높은 강도의 에지로 여겨지는 경우, 시트의 외부 에지 표면의 3개 두께 내의 - 도면의 하부 괄호 3 x t 로 나타낸 영역 내의(에지는 대략 음의 피크에 놓인다) 외부 에지 표면(16)(제로 이상의 ERP 값 없음)에 평행한 저속축을 가진 차등 위상 지연이 존재하지 않는다. 이 경우, LL은 제로로 정의된다.

도 14는 이산 홀 가스 베어링 히트 싱크(Si)(상기에서 도 5에 대해 설명된 히트 싱크와 같은)를 이용하여 냉각된 본 발명에 따른 1.1 mm 시트를 위한 ERP(100) 및 강제 공기 대류에 의해 템퍼링된 비교를 위한 3 mm 유리 시트를 위한 ERP(102)의 그래프이다. 시트의 3배 두께의 테스트 범위는 ERP(102)에 대해 그래프 위 및 ERP(100)에 대해 그래프 아래의 괄호 3 x t 에 의해 나타낸다. ERP의 상승에서의 대비가 도 13만큼 크지는 않지만, ERP(100)는 ERP(102)보다 높은 강도 에지를 다시 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, 시트의 외부 에지 표면(16)에 평행한 저속축을 갖는 최대 차등 위상 지연은, 만약 있다면, 시트의 외부 에지 표면(16)에 수직한 저속축을 가진 최대 차등 위상 지연의 최대 5-10 % 또는 0.05-0.10 배이며, 0.04, 0.03, 0.02, 0.01, 심지어 0.001 또는 (정의된) 제로의 값을 달성할 수 있다.

언급된 바와 같이, 전술한 비교의 에지 강도 결정에 대한 ERP를 측정할 때, 에지 형상 및/또는 광학 품질이 에지까지 위상 지연 측정을 허용하지 않는 경우에 시트의 최종 에지에서 위상 지연을 예상(추정)할 필요가 있다. 본원에 설명된 바와 같은 ERP 측정의 목적을 위해, 이는 ASTM C1279에 따라 수행된다.

본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 다양한 수정이 전술한 발명으로부터 당업자에게 명백할 것이다.

Claims

제1 주 표면;
상기 제1 주 표면에 대향하는 제2 주 표면;
상기 제1 및 제2 주 표면 사이에 위치한 내부 영역;
상기 제1 및 제2 주 표면과 경계를 이루며 그 사이에서 연장되고 시트의 둘레를 한정하는 외부 에지 표면; 및
상기 시트의 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이의 국부적인 거리로서 정의된 두께;를 포함하며,
상기 시트는 유리 또는 유리 세라믹을 포함하며 열적으로 강화되고,
상기 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.05 내지 0.8 nm Ra 범위의 거칠기를 가지며,
PP < 0.05·(LL)이며, 여기서 LL은 시트의 외부 에지에 대해 평행보다 수직에 더 가까운 저속축을 가진 최대 차등 광학 위상 지연으로 정의되고, PP는 (존재하는 경우) 시트의 외부 에지에 대해 수직보다 평행에 더 가까운 저속축을 가진 최대 차등 광학 위상 지연으로 정의되고, 그렇지 않으면 제로이며, PP 및 LL 모두는 시트의 외부 에지 표면에서 시트의 3배 두께만큼 떨어진 위치에서 시작하여 시트의 외부 에지 표면으로 시트의 두께의 1/100의 단계씩 이동하여 제1 및 제2 주 표면을 통해 시트를 통해 측정되고, LL의 값은 ASTM C1279를 따라 시트의 외부 에지 표면에서의 최대 위상 지연의 추정치를 포함하는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
PP ≤ 0.03·(LL)인, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
PP ≤ 0.02·(LL)인, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
PP ≤ 0.01·(LL)인, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
PP ≤ 0.001·(LL)인, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.05 nm Ra 이상이며 0.7 nm Ra 이하의 거칠기를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.05 nm Ra 이상이며 0.6 nm Ra 이하의 거칠기를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.05 nm Ra 이상이며 0.5 nm Ra 이하의 거칠기를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.05 nm Ra 이상이며 0.4 nm Ra 이하의 거칠기를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.05 nm Ra 이상이며 0.3 nm Ra 이하의 거칠기를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 주 표면은 10 ㎛ x 10 ㎛의 구역에 대해 0.05 nm Ra 이상이며 0.2 nm Ra 이하의 거칠기를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 0.2 내지 3.0 mm 범위의 두께를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 0.2 내지 1.6 mm 범위의 두께를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 0.2 내지 1.2 mm 범위의 두께를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 0.2 내지 1.1 mm 범위의 두께를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 0.2 내지 1.0 mm 범위의 두께를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 0.2 내지 0.9 mm 범위의 두께를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 0.2 내지 0.8 mm 범위의 두께를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 0.2 내지 0.7 mm 범위의 두께를 갖는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.
청구항 1 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시트는 소다 석회 유리를 포함하는, 강화된 유리 또는 유리 세라믹 시트.