KR20240130089A

KR20240130089A - 연속적인 유리 리본 내에서 우선적인 냉각 또는 가열을 제공하는 제어된 냉각 장치들 및 방법들

Info

Publication number: KR20240130089A
Application number: KR1020247021875A
Authority: KR
Inventors: 마오페이 쿠이; 스티븐 레이 하워드; 주이-샹 홍; 마크 데이비드 맥카티; 로히트 라이
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2022-12-05
Publication date: 2024-08-28
Also published as: JP2025501079A; CN116375328A; WO2023129335A1; US20250074809A1; TW202340107A

Abstract

가변 두께를 갖는 유리 리본을 생산하기 위한 유리 리본 가공 장치는 상기 유리 리본의 폭의 제1 부분을 상기 유리 리본의 폭의 제2 부분과 상이한 속도로 냉각하는 제1 기구를 포함하며, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 더 두껍다.

Description

연속적인 유리 리본 내에서 우선적인 냉각 또는 가열을 제공하는 제어된 냉각 장치들 및 방법들

<관련 출원에 대한 상호-참조>

본 출원은 2021년 12월 30일 출원된 미국 예비출원 일련번호 제63/295,137호의 35 U.S.C.§119 하의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체로서 참조로 본 명세서에 통합된다.

본 개시는 연속적인 유리 리본 내에서 우선적인 냉각 또는 가열을 제공하는 제어된 냉각 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 개시된 상기 장치 및 방법들은 기존의 유리 가공에 대한 수정으로 제공되거나 유리 제품들을 생산하기 위한 새로운 설계들에 상용될 수 있다.

특정 스마트폰 및 모바일 장치용 후면 커버들 또는 불균일한 두께를 갖는 전자 부품 또는 인클로저 설계용 유리 본체(불균일한 두께는 다른 부분보다 카메라 영역에서 더 두꺼움)는 향상된 카메라 렌즈 디자인(예를 들어 U.S. PG Pub. 2019/0364179 A1 참조)를 허용한다. 예를 들어, 유리 두께는 더 두꺼운 부분에서는 1.5-3.0mm이고 다른 부분에서는 <0.8mm일 수 있습니다. 장치 후면 커버 또는 인클로저의 더 두꺼운 부분을 제작하기 위해 상대적으로 두꺼운 유리 시트를 연삭하고, 랩핑하고, 연마하여 더 두꺼운 영역과 더 얇은 영역을 정의할 수 있다. 이러한 경우, 더 두꺼운 영역에서는 1.6mm 두께를 갖고 다른 부분에서는 0.6mm 공칭 두께를 갖는 유리 제품을 만들기 위해 1.9mm 두께의 유리 시트를 사용할 수 있다. 즉, 더 두꺼운 부분에서는 0.3mm의 재료가 제거되고 다른 곳의 더 얇은 부분에서 1.3mm의 재료가 제거된다. 이 접근 방식은 유리 활용도가 낮고, 시간 소모적이고, 비용이 많이 들고, 비효율적이며, 환경 친화적이지 않다.

불균일한 두께를 갖는 유리 제품을 형성하는 대안적인 방법에서, 두 개의 유리 기판이 함께 융합될 수 있다(예를 들어 U.S. PG Pub. 2017/0210111A1 참조). 예를 들어, 25mm x 25mm x 1.0mm 유리 조각은 고온에서 결합하거나 압착하여 70mm x 150mm x 0.6mm 조각의 더 큰 유리 조각으로 융합될 수 있다. 이 방법은 유리 활용도를 향상시키지만, 에너지 집약적이며 융합된 경계면에 기포가 형성될 수 있고, 비용과 시간이 더 많이 소요될 수 있다.

연삭 공정이 비용 효과적이지 않고 너무 많은 폐기물을 생성하고 두 개의 유리 조각을 함께 융합하는 것이 실행 가능한 옵션이 아닌 경우, 또 다른 해결책은 원하는 두께 차이를 갖는 연속적인 유리 리본을 정의하는 것이다. 다양한 두께의 유리 리본을 생산하려면 두꺼운 부분과 얇은 부분 사이에 상당한 온도 차이가 발생해야 할 수 있다. 따라서 응력과 뒤틀림이 낮은 유리 리본을 제조하려면 베이스 리본(또는 유리 리본의 얇은 부분)의 냉각 속도와 다른 규정된 속도로 두꺼운 부분을 우선적으로 냉각하는 능력이 필요하다.

본 개시는 이러한 기술적 과제에 대한 해결책을 제공한다.

위에 설명된 문제점들을 극복하기 위해, 본 발명의 실시예들은 두꺼운 대 얇은 그리고 상단 대 하단 온도 구배들을 관리함으로써 더 얇은 부분을 냉각하는 것보다 유리 리본의 더 두꺼운 부분을 더 큰 속도로 냉각함으로써 가변 두께의 유리 시트들에서 응력과 뒤틀림을 최소화하는 장치 및 방법을 제공한다. 상기 냉각은 대류 및/또는 복사를 통해 그리고 유리 리본의 상단 및/또는 하단으로부터 수행될 수 있다. 선택적으로, 유리 내의 원하는 온도 매개변수들을 제어하기 위해 우선적 냉각과 함께 국부적 가열을 사용할 수 있다.

설명된 실시예들은 제어된 냉각 장치(controlled cooling apparatus; CCA)에 적용될 수 있다. CCA는 수정된 유리 용해로(lehr), 롤러 난로 유리 용해로 또는 유리 리본을 생산하는 롤러 가마(kiln)이다. 본 발명은 가변(variable) 두께들을 갖는 유리 리본을 생산하기 위해 극복해야 하는 열 관리 문제에 대한 해결책들을 제공한다.

현재 설명된 열 관리 방법들이 없으면 가변 두께를 갖는 유리 리본들에 생성된 응력들이 너무 높아질 것이다. 이것은 시트들을 스코어링하는 것, 시트들에서 응력이 큰 부분들을 절단하는 것, 또는 원하는 크기, 모양 및 두께로 유리를 생산하기 위한 추가 마감 공정들을 제공하는 것을 요구한다. 유리 리본들의 응력을 줄이는 대안적 방법들은 유리 용해로의 길이를 크게 늘리거나 어닐링 단계를 추가하는 것일 것이다. 이 두 가지 방법 모두 상당한 비용과 공간 요구 사항을 수반한다.

본 개시의 하나의 실시예에 따르면, 가변 두께를 갖는 유리 리본을 생산하기 위한 유리 리본 가공 장치는 상기 유리 리본의 폭의 제1 부분을 상기 유리 리본의 폭의 제2 부분과 상이한 속도로 냉각하는 제1 기구를 포함하며, 여기서 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 더 두껍다.

일 실시예에서, 상기 제1 기구는 상기 유리 리본의 위 또는 아래에 상기 유리 리본에 근접하게 배치된다. 일 실시예에서, 상기 제1 기구는 상기 제1 부분으로부터 열을 추출하는 열 교환기이다. 일 실시예에서, 상기 제1 기구는 공기를 상기 제1 부분 상으로 강제시킨다. 일 실시예에서, 상기 제1 기구는 상기 제1 부분으로부터 열을 추출하고 공기를 상기 제1 부분 상으로 강제시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 제1 기구는 상기 제1 부분 상으로 강제된 상기 공기를 조정하기 위한 밸브를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 제1 기구는 히터를 포함한다.

유리 리본 가공 장치는 상기 유리 리본의 폭의 임의의 부분을 가열하는 제2 기구를 더 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제2 기구는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 경계면을 가열한다.

일 실시예에서, 상기 제1 기구는 상기 장치 내에서 위치적으로 조정되도록 구성된 복수의 제1 기구들이다.

유리 리본 가공 장치는 상기 유리 리본에 가열 처리를 제공하기 위하여 적어도 두 개의 가열 구역들을 포함하는 색션별 히터를 더 포함한다.

본 개시의 실시예에 따르면, 가변 두께를 갖는 유리 리본을 생산하는 방법은 상기 유리 리본을 운반하는 단계; 및 상기 유리 리본의 폭의 제2 부분과 상이한 속도로 상기 유리 리본의 폭의 제1 부분을 냉각하는 단계로서, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 더 두꺼운, 상기 냉각하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 냉각하는 단계는 상기 유리 리본의 위 또는 아래에서 상기 유리 리본에 근접하게 배치된 기구에 의해 제공된다. 일 실시예에서, 상기 냉각하는 단계는 상기 제1 부분으로부터 열을 추출하는 열 교환기에 의해 제공된다. 일 실시예에서, 상기 냉각하는 단계는 상기 제1 부분 상으로 강제된 공기에 의해 수행된다.

상기 방법에서, 상기 제1 기구는 상기 제1 부분으로부터 열을 추출하고 상기 제1 부분 상으로 공기를 강제하도록 구성된다. 상기 방법에서, 상기 제1 기구는 상기 유리 리본을 가열한다.

상기 방법은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 경계면을 가열하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은 상기 유리 리본의 상기 폭을 섹션별로 가열하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 상기의 및 다른 피쳐들, 요소들, 특성들, 단계들, 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다.

도 1a-1c는 유리 리본 기하학 구조들의 예들이다.
도 2는 가변 두께 유리 리본의 기준 냉각 곡선들을 보여주는 그래프이다.
도 3a 및 3b는 유리 리본 냉각 곡선들이다.
도 4는 제어된 냉각 장치의 단면 모델이다.
도 5a 및 5b는 제어된 냉각 장치의 이미지들이다.
도 6은 냉각 유동 대 응력 및 뒤틀림 데이터를 나타낸다.
도 7은 복사 부재를 나타낸다.
도 8은 결합 부재를 나타낸다.
도 9는 스트립 히터를 갖는 공기 박스를 나타낸다.
도 10a 및 10b는 공기 박스로부터의 공기 유동의 효과를 보여주는 모델들이다.
도 11a 및 11b는 유리 리본의 더 두꺼운 부분에 대한 냉각 효과들을 나타내는 도면들이다.
도 12-16은 제어된 냉각 장치 터널의 상이한 구성들의 단면도들이다.

도 1a-1c는 본 개시에 설명된 장치 및 방법에 의해 가능해진 유리 리본 기하학적 구조들의 예들이다. 도시된 기하학 구조들은 가능한 모든 기하학 구조들을 반영하는 것이 아니라 특정 제품용으로 설계되었다.

도 1a-1c에서, 더 밝은 파란색 부분은 베이스 리본 또는 더 어두운 파란색 부분이 더 두꺼운 부분을 나타내는 더 얇은 부분을 나타내는 것을 의미한다. 도 1a는 180-230mm 사이의 총 폭을 갖는 유리 리본을 나타낸다. 더 두꺼운 부분은 유리 리본의 왼쪽 가장자리에서 20-30mm에서 시작하여 40-55mm의 폭을 가지며 중심은 유리 리본의 중심에서 40-65mm에 위치하는 것으로 표시된다.

도 1b는 300-400mm 사이의 총 폭을 갖는 유리 리본을 나타낸다. 더 두꺼운 부분은 180-110mm의 폭을 가지며 유리 리본의 중심 주위에 위치하는 것으로 표시된다.

도 1c는 300-400mm 사이의 총 폭을 갖는 유리 리본을 나타낸다. 이 리본은 둘 다 40-55mm의 폭을 갖는 2개의 더 두꺼운 부분을 포함하며, 여기서 하나의 더 두꺼운 부분은 유리 리본의 왼쪽 가장자리로부터 0-30mm에 위치하고 다른 더 두꺼운 부분은 유리 리본의 오른쪽 가장자리로부터 등거리에 위치한다.

	스트립에서의 총 두께	기준 두께
1	5.0mm	5.0mm
2	3.0mm	3.0mm
3	0.6mm	0.6mm
4	3.5mm	0.9mm
5	2.4mm	0.9mm

표 1은 유리 리본의 더 얇은 부분과 더 얇은 부분에 대한 두께 값들의 가능한 범위를 나타내는 일부 예시적인 매개변수들을 포함한다. 항목 1-3은 완전히 균일한 두께를 갖는 유리 리본도 가능하다는 것을 보여준다.

도 2는 CCA 내부에서 기준 유리 두께가 2.0mm이고 중심 스트립이 0.3mm 델타 두께 변화를 갖는 가변 두께 유리 리본 제품의 기준 냉각 곡선들을 보여주는 그래프이다. 이 냉각 곡선 데이터는 CCA 내부에서 우선적인 열 관리 도구들 또는 기술들이 사용되지 않은 가변 두께 유리 리본에 대한 초기 제조 시험에서 얻어지고 모델링되었다. 즉, CCA는 전체 유리 리본의 복사 냉각을 위해 단지 SiSiC 플레이트들만 사용되는 표준 장비 설정을 갖추고 있었다. SiSiC 플레이트를 포함하는 CCA의 단면을 보여주는 도 4를 참조하자. SiSiC 플레이트는 낮은 열팽창계수(CTE)와 높은 열 전도성을 가지며 CCA 터널의 유리 리본 위에 균일한 복사열 소스를 제공하는 데 매우 적합하다.

도 2는 좌측 수직 축을 따라 유리 리본 온도 대 종래 공정에서 수평 축을 따라 CCA 터널 내로의 거리를 도시한다. 빨간색 곡선은 더 두꺼운 부분의 상부면(A면) 중심선 온도에 대한 모델이다. 도시된 바와 같이, 더 두꺼운 부분의 온도는 CCA 입구에서 700℃이며 CCA 출구에서 556℃였다. 파란색 곡선은 더 얇은 기본 유리의 온도 모델이다. 도시된 바와 같이, 더 얇은 부분의 온도는 CCA 입구에서 660℃, CCA 출구에서 546℃였다. 회색 다이아몬드 형상의 데이터 포인트(CCA SP)들은 CCA 터널을 따라 있는 위치들에서 SiSiC 플레이트들의 온도 설정 포인트들을 나타낸다. 회색 곡선은 설정 포인트들을 통한 SiSiC 플레이트들의 온도이다. 검은색 사각형 형상의 데이터 포인트들과 표시된 값들은 SiSiC 플레이트들을 통해 측정된 유리 리본의 실제 고온 측정 온도들이다.

검은색 점선은 유리 리본의 더 두꺼운 부분과 얇은 부분 사이에 모델링된 온도 차이인 델타 T(DT)를 나타내며 우측 수직 축에 표시된다. 데이터는 유리 리본의 더 두꺼운 부분과 더 얇은 베이스 사이의 예상되는 냉각 속도의 불일치를 보여주었다.

CCA 내부의 기존 열 관리로 인해 제어된 냉각 섹션 전체에서 더 두꺼운 부분이 더 얇은 베이스 유리보다 지속적으로 더 뜨거워졌다. 리본 냉각 중에 존재하는 더 두꺼운 부분과 더 얇은 부분 사이의 이러한 지속적인 열 구배는, 이 낮은 델타 두께 제품에 대한 CCA SP를 제어하여 합리적으로 잘 관리되었지만, 성형된 대로의 제품들에 높은 응력과 뒤틀림을 유발했다. 두꺼운 대 얇은 DT(thick-to-thin DT)가, 더 두꺼운 부분에 더 많은 질량이 있기 때문에 훨씬 더 높은 델타 두께의 제품들에 대해 훨씬 더 나빠질 것이라는 후속 시험들로부터의 풍부한 증거가 있으며, 이는 열 구배를 줄이고 결과적인 응력을 줄이기 위해 CCA 내부에서의 우선적인 열 관리 도구들이 절실히 필요함을 나타낸다.

도 3a 및 3b는 우선적 냉각과 공정을 비교하는, 좌측 수직 축을 따라 유리 리본 온도 대 수평 축을 따라 CCA 내로의 거리를 갖는 모델링된 유리 리본 냉각 곡선들이다. 유리 리본은 1.0mm 두께의 더 얇은 기본 유리를 갖는 1.4mm 델타 두께를 갖는 중앙 스트립 제품이다. 빨간색 곡선은 더 두꺼운 부분의 중심선 온도이고 파란색 곡선은 더 얇은 기본 유리의 온도이다. 솔리드 블랙 큐어는 CCA 설정 포인트 온도이다. 도 3a와 3b는 두 개의 상이한 CCA 장비 설정들을 갖는 동일한 가변 두께 제품의 냉각 곡선들을 비교한다. 도 3a는 우선적 냉각 없이 기존 CCA 장비를 사용한 결과를 보여준다. 즉, SiSiC 플레이트들은 전체 유리 리본의 제어된 복사 가열 및 냉각을 위해 사용된다. 도 3b는 추가 냉각을 위해 추가 복사 냉각 스트립이 유리 리본의 더 두꺼운 부분의 10mm 위에 위치하는 우선적 냉각의 결과를 보여준다. 두 도면에서 검은 점선 곡선들은 CCA 내부의 두꺼운 대 얇은 온도 차이(DT)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 두 시나리오 모두에서 상기 두꺼운 대 얇은 DT는 제로이다.

도 3a 및 3b는 CCA 내부의 국부적 우선적 냉각 프로세스가 제어된 냉각 섹션 전반에 걸쳐 두꺼운 대 얇은 DT를 0에 가깝게 최소화할 수 있음을 보여주며, 여기서 응력과 뒤틀림은 냉각 유리의 점탄성 특성으로 인해 제품들 내에서 열적 불균일성에 가장 민감하다.

도 3a에는 제어된 냉각 섹션에서 1.4mm 델타 두께 유리 리본 제품의 냉각 곡선이 표시되어 있으며, 여기서 CCA는 도 2에 도시된 데이터를 생성하는 데 사용된 것과 유사한 기존 장비 설정으로 구성된다. 시험들 사이에서 서로 다른 CCA 설정 포인트들 및 DT 차이로 인해 서로 다른 결과로 된다. 도 3b는 동일한 유리 리본 제품과 더 두꺼운 부분 위로 10mm 위에 국부적 복사 냉각 스트립을 포함하는 동일한 CCA 설정의 냉각 곡선들을 보여준다. 검은 점선(보조 y축에 대한 값)으로 표시된 두 경우의 두꺼운 대 얇은 DT를 비교하면 기존 냉각을 사용한 프로세스와 국부적 우선적 냉각 스트립을 사용한 프로세스 사이에 명확한 열 영향이 분명하다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 두꺼운 대 얇은 DT는 기존 냉각과 두꺼운 대 얇은의 냉각 속도 불일치로 인해 CCA 입구에서 출구까지 누적적으로 증가하고 있다. 도 3b에서 볼 수 있듯이, 냉각 스트립을 더 두꺼운 부분 위에 놓고 SiSiC 플레이트 온도들에 대해 표면 온도를 최적화하는 프로세스를 사용하면 CCA 내에서 두꺼운 대 얇은 DT를 0에 가깝게 최소화할 수 있다. CCA 내 우선적 열 도구들은 이 특정 복사 냉각 방법을 사용하거나 유리 리본의 어느 한쪽 면을 냉각하는 것으로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 실시예들에서, 우선적인 열 도구들은 유리 리본 제품의 상단(A 측) 및/또는 하단(B 측) 측들에 대한 대류 및/또는 복사의 조합의 또는 단일의 사용일 수 있다.

중요한 요소는 CCA 내부에서 두꺼운 대 얇은 DT를 0에 가깝게 유지하기 위해 유리 리본이 두꺼운 부분과 얇은 부분들에서 거의 동일한 온도들을 달성하도록 우선적인 열 도구들을 통해 추가 냉각이 제공된다는 것이다. 더 두꺼운 부분의 추가 냉각을 위한 이러한 우선적 열 도구의 하나가 도 4에 모델링되어 있으며, 여기서 냉각 곡선들, CCA SP 및 냉각 스트립(녹색 곡선) 온도들이 도 3b에 도시되었다. 유리 리본의 더 두꺼운 부분의 우선적 냉각은 더 얇은 부분들의, 특히 얇은 부분의 온도가 미리 결정된 목표 값들보다 낮은 경우 CCA의 이전 모듈들 또는 섹션들에서 우선적 가열과 조합될 수 있다. 더 얇은 부분들의 가열은 국부적 가열 도구들을 사용하거나 전체 CCA 모듈 온도를 더 얇은 부분들의 온도보다 높게 유지함으로써 수행될 수 있다(냉각 도구들은 더 얇은 부분을 우선적으로 냉각 함).

도 4는 CCA 내부의 우선적 냉각을 위한 장비 구성을 도시한 개념적 모델이다. 다양한 두께의 유리 리본의 일부가 롤러들을 타고 SiSiC 플레이트로부터의 복사에 의해 위로부터 균일하게 가열되는 것을 보여준다. 롤러들 아래의 흰색 격자 구조는 효율적이고 균일한 가열을 유지하는 데 도움이 되는 단열재를 나타낸다. 균일한 온도에서 능동적으로 냉각되는 복사 냉각 스트립은 더 두꺼운 부분에 추가 냉각을 제공하기 위해 유리 리본의 중앙에 위치한 더 두꺼운 부분보다 10mm 위에 위치한다. 이 모델은 우선적 열 도구들이 CCA 내부에서 두꺼운 대 얇은 DT를 최소한으로 유지하도록 사용될 수 있다는 수치적 개념 증명을 제시하며, 이는 형성된 대로의 제품들에서 응력과 뒤틀림을 최소화하는 데 중요하다.

도 5a 및 5b는 강제된 대류를 통해 연속적인 유리 리본의 두꺼운 중앙 영역을 우선적으로 냉각시키는 개념을 테스트하기 위해 수정된 CCA의 이미지들이다. 공기 박스(500)들은 이미지들에 표시된 대로 롤러(510)들 아래에 설치되어 구멍들의 배열이 유리 리본의 아래쪽(B면)에 필요한 위치에 정확하게 냉각제 공기의 스트림을 전달할 수 있도록 했다. 이 경우, 상기 박스들은 도 6에 예시된 것처럼 복굴절 맵들에 의해 제공되는 피드백에 기초하여 그들을 정렬하기 위해 좌측 프로세스 및/또는 우측 프로세스로 이동될 수 있다. 사용 가능한 공기 전달은 0(제로) 내지 35 scfm 범위 및 약 30 m/s의 속도로 유리 리본의 후면에서 약 0.5" 떨어진 거리로부터 전달된다.

도 6의 냉각 유동 대 응력 및 뒤틀림 데이터는 더 두꺼운 부분이 냉각되어 더 두꺼운 부분과 더 얇은 부분들 사이의 온도 차이가 감소함에 따라 유리 리본의 응력도 감소한다는 것을 보여준다. 데이터를 통해 구멍 크기, 구멍 간격, 적용 영역, 공기 박스 리본으로부터의 거리 및 기타 기하학적 특징들이 특정 응용 분야 및 원하는 결과에 따라 최적화될 수 있다는 점을 알 수 있다.

강제적 공기(대류)와 복사의 임의의 조합을 사용하여 냉각을 제공할 수 있다. 냉각 시스템 설계에는 방사율, 이상기체 법칙, 가열된 공기의 팽창, 건물로부터 가열된 공기의 제거, 거주자 안전을 포함하는 요소들에 대한 고려를 포함한다. 유리 리본에 직접 공기를 강제하는 것이 필요하지 않거나 바람직하지 않은 일부 응용 분야들 또는 온도 범위들에서는, 강제된 공기 냉각이 도 7에서 보여지는 바와 같이 공기 박스들로부터 구멍들을 제거하거나 완전히 제거함으로써 복사와 조합되거나 복사에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 온도가 600℃를 초과하는 CCA의 1/3에서는, 복사는 온도 강하를 생성하는 데 효과적이면서도 유리 리본에 스트레스를 덜 줄 수 있는 반면, 온도가 600℃ 미만인 CCA의 후반 2/3에서는 강제된 대류가 더 유리할 수 있다.

도 7은 유리 리본의 측면을 냉각시키는 데 사용되는 복사 부재(700)의 설계를 도시한다. 여기서, 복사 부재(700)는 유리 리본에 공기가 유입될 수 있는 개구부가 없는 유입구(710)와 배출구(720)를 포함한다. 즉, 유입구(710)로 유입된 냉각 공기는 복사 부재(700)의 통로를 통해 및/또는 배플을 가로질러 진행하여 더 뜨거운 유리 리본으로의 근접에 기인하여 흡수된 복사 부재(700)로부터 열을 방출할 수 있다. 열 교환기로서, 임의의 적합한 가스, 물 또는 다른 적합한 액체와 같은 공기 이외의 임의의 냉각제가 유입구(710)에 들어가고 배출구(720)에서 나가도록 사용되어 복사 부재(700)로부터 열을 제거할 수 있다.

대안적으로, 조합 이중 모드 냉각 부재가 CCA에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 결합 부재(800)는 결합 부재(800)의 상이한 시점들 또는 위치들에서 대류 및/또는 복사 냉각을 제공하도록 구성될 수 있다. 공기 박스로서, 결합 부재(800)는 증가된 냉각이 필요한 정확한 위치에서 유리 리본 위로 공기를 지향시키는 노즐 또는 배출구(820)를 포함할 수 있다. 덜 적극적인 냉각이 필요한 경우, 결합 부재(800)는 밸브(수동적 또는 전기 기계적)를 통해 전환되어 노즐(820)을 복사 냉각 모드로 폐쇄할 수 있다.

도 8은 결합 부재(800)가 2개의 공기 유입구를 포함할 수 있음을 도시한다. 대류 공기 유입구(810)는 유리 리본을 향해 노즐(820)을 통해 강제되는 결합 부재에 대류 냉각 공기를 제공한다. 선택적으로, 결합 부재(800)는 대응 밸브(미도시)를 이용하여 공기를 통과시키거나 차단하도록 개별적으로 구성될 수 있는 다수의 노즐을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 복사 공기 유입구(830)는 입력된 복사 냉각 공기가 결합 부재(800)를 통해 이동하고 더 높은 온도로 배출구(840)에서 나가도록 허용하여 더 뜨거운 유리 리본에 대한 근접성으로 인해 흡수된 결합 부재(800)로부터 열을 추출한다. 선택적으로, 위에서 논의한 바와 같이 복사 냉각을 제공하기 위해 공기 이외의 냉각재가 사용될 수 있다.

예를 들어, 복사 냉각의 경우, 냉각 효과 및 효율을 개선하기 위해 기상의 헬륨을 포함하지만 이에 국한되지 않는 특수 냉각 매체가 사용될 수 있다. 공기의 열전도율은 0.0257 W/(m-K)인 반면 헬륨의 열전도율은 0.1513 W/(m-K)이다. 비교 가능한 물질은 0.173 W/(mK)의 면실유(cottonseed oil) 및 0.588 W/(mK)의 물이 있다. 기상의 헬륨을 사용하는 경우 시스템 팬들이 사용될 수 있으며 오일 또는 수냉과 관련된 문제들 없이 공기를 사용하는 것보다 냉각이 훨씬 더 효율적이다. 냉각 시스템은 저장된 헬륨의 백업 컨테이너가 있는 복사 공기 박스들을 통한 밀봉된 루프일 수 있다. 선택적으로 냉각 매체는 100% 미만의 순수 기상의 헬륨인 공기-헬륨 혼합물일 수 있다.

임의의 수의 복사 부재(700)들 및 조합 부재(800)들을 제공하면 더 얇은 부분과 다른 속도로 유리 리본의 더 두꺼운 부분을 냉각하는 데 사용될 수 있다. 어느 부재(700, 800)도 유리 리본의 더 두꺼운 부분의 표면으로부터 더 짧은 거리에 위치 및 배치되는 CCA의 나머지 부분보다 낮은 온도에서 유지될 수 있다. 선택적으로, 냉각은 유리 리본의 상단, 하단 또는 양쪽 모두로부터 이루어질 수 있다.

다른 실시예에서, 공기 박스는 냉각에 부가하여 가열도 제공할 수 있다. 가열 기능을 사용하면 유리 리본의 두꺼운 부분과 얇은 부분의 경계면에서 발생하는 온도 구배를 줄일 수 있다. 도 9에 도시된 하나의 구성에서, 2개의 스트립 히터(920)는 공기 박스(900) 상의 공기 노즐 어레이(910)의 두 측면을 따라 연장되도록 위치될 수 있다. 스트립 히터(920)들은 이 경계면에서 유리 리본의 응력을 줄이기 위해 두꺼운 부분과 얇은 부분의 경계면이 존재하는 정확한 위치를 가열 또는 심지어 재가열을 유지하기 위해 유리 리본에 열을 복사한다.

히터들은 더 얇은 부분 및/또는 더 두꺼운 부분을 다른 속도로 가열하기 위한 섹션별(sectional) 가열 구역을 포함할 수 있다. 섹션별 히터들은 이동 가능한 공기 박스들과 함께 사용하여 유리 리본에 정밀하게 제어되는 열처리를 제공할 수 있다. 대안적으로, CCA 모듈은 리본의 더 얇은 부분들의 온도보다 높은 온도로 유지되어 그러한 부분들을 가열하는 반면 국부적 냉각 박스들은 더 두꺼운 부분을 냉각할 수 있다.

임의의 유형의 냉각(대류, 복사 및 조합), 가열 또는 가열/냉각 공기 박스가 제공될 수 있으며, 각각은 독립적으로 이동 가능하고 유리 리본의 임의의 부분과 정렬되도록 위치될 수 있다. 임의의 공기 박스는 더 넓은 더 두꺼운 부분을 커버하기 위해 유리 리본의 중앙에 함께 배치될 수 있거나 더 좁은 가장자리 스트립 구성을 커버하기 위해 유리 리본의 가장자리를 향해 펼쳐질 수 있다. 공기 박스들 중의 임의의 것은 위, 아래, 측면에 독립적으로 위치할 수 있으며, 또는 사용하지 않을 때는 유리 리본에 대해 방해가 안되도록 비키어 주차할 수 있으며, 그리고 수동으로 또는 자동화된 전자 기계식 위치 지정 시스템을 통해 제 위치에 배치될 수 있다. 선택적으로, 가열 및/또는 냉각을 수행하는 임의의 수의 공기 박스의 임의의 수의 위치는 자동화에 의해 배치될 수 있으며 유리 리본의 프로세스들의 다양한 구성이 반복 가능하도록 미리 프로그래밍될 수 있다.

도 10a 및 10b는 공기를 유리 리본의 상부측으로 강제하는 공기 박스로부터의 공기 유동의 효과를 보여주는 모델들이다. 더 두꺼운 부분과 더 얇은 부분을 포함하는 유리 리본의 일부는 리본 부분 주위의 공기량으로 도시된다. 도시되지는 않았지만, 공기 박스는 더 두꺼운 부분 바로 위에 근접하여 배치하게 될 수 있다. 도 10a의 모델은 더 차가운 강제된 공기가 유리 리본의 두꺼운 부분을 냉각시키는 것을 보여준다. 도 10b는 증가된 공기 유동이 더 두꺼운 부분에 추가적인 냉각을 제공한다는 것을 보여준다.

도 11a 및 11b는 공기 박스로부터 유리 리본까지의 거리가 변화함에 따라 유리 리본의 더 두꺼운 부분에 대한 냉각 효과를 나타내는 도면들이다. 도 11a의 좌측과 우측을 비교하면 공기 박스로부터 더 두꺼운 부분까지의 거리가 증가할수록 강제된 공기가 공기 박스로부터 퍼지면서 냉각 효과가 더 넓어지거나 더 분산된다는 것을 알 수 있다.

도 11b는 공냉식 냉각 구역과 열 구역을 정렬하는 제어 논리를 도시한다. 코닝 온도 모니터 시스템은 열 구역(리본 상의, 특히 일반적으로 더 두꺼운 스트립 상의 느린 열 플럭스 구역)과 냉각 구역(공기 박스 근처의 냉각이 영향을 미치는)이 어디인지 측정하고 분석할 수 있다. 열 구역의 중심과 냉각 구역의 중심의 거리는 코닝이 개발한 방법으로 계산되며, 그 결과는 열 구역이 최소화되도록 갭을 자동으로 조정하기 위해 사용된다. 파란색 직사각형 구역은 공냉식 제어로 인해 계산되고 예측 가능한 공냉식 구역이다. 빨간색의 불규칙한 구역은 열 카메라나 기타 측정 도구로 측정한 온도 분포의 특성이다. 제어 시스템은 냉각 구역 중심선과 열 구역 중심선을 계산하고 이에 따라 둘 사이의 거리를 최소화한다.

도 12-16은 공기 박스들의 다양한 구성과 위치를 갖는 CCA 터널의 단면도들이다. 도 12-16에 표시된 빨간색 박스들은 위에서 논의된 바와 같이 가열 및/또는 냉각에 사용되는 임의의 유형일 수 있는 공기 박스들의 위치들을 나타낸다. CCA 터널 구성과 관련된 유리 리본 구성의 표시들은 CCA 터널 주위에 표시되며, 더 어두운 파란색은 더 두꺼운 부분을 나타내고 더 밝은 파란색은 도 1a-1c에 대하여 도시된 것과 유사한 더 얇은 부분을 나타낸다. 간결함을 위해 유사한 특징들에 대한 설명은 반복되지 않는다.

도 12a 및 도 12b는 롤러(1210)에 타고 있는 이동하는 유리 리본을 지지하도록 구성된 롤러(1210)를 보여주는 CCA 터널(1200)의 단면도들이다. 도 12a에서, 2개의 공기 박스(1020)는 롤러(1210) 위에서 서로 인접하고 유리 리본의 중심을 냉각시키도록 배치된다. 유리 리본의 표현은 CCA 터널 위에 제공되며 도 1b에 표시된 구성과 유사하다. 도 12b에서, 2 개의 냉각 박스(1220)들은 롤러(1210) 위에서 서로 이격되어 있고 유리 리본의 2 개의 외부 부분들을 냉각시키기 위해 배치된다. 유리 리본의 표현은 CCA 터널 위에 제공되며 도 1c에 표시된 구성과 유사하다.

도 13a 및 13b는 공기 박스들이 유리 리본 아래에 위치할 수 있고 CCA 터널의 바닥 부분으로부터 제어될 수 있음을 보여주는 CCA 터널의 단면도이다. 도 13a는 공기 박스가 도 8에 대해 설명된 것과 같이 구성될 수 있음을 보여주는 추가 표현을 포함한다.

도 14는 수직으로 조정될 수 있는 CCA 터널의 공기 박스들을 도시한다. CCA 터널의 전체 폭은, 기계 교차 방향으로 견고하게 고정되어 있지만 상승 및 하강이 가능한 공기 박스들로 채워질 수 있다는 것이 가능하다. 이러한 구성에서, 작업자는 공기를 불어넣을 상자들을 결정할 수 있으며 가열 및/또는 냉각에 적절하게 초점을 맞추기 위해 유리 리본으로부터 적절한 거리에 있도록 해당 상자들을 들어 올릴 수 있다. 필요하지 않은 공기 박스들은 낮은 위치에 두고 전원을 끌 수 있다.

도 15는 유리 리본 위와 아래 모두에 위치한 공기 박스들을 갖춘 CCA 터널을 보여준다. 도 15는 또한 추가적인 국부적 히터(1510)의 표현을 포함한다. 도 16은 또한 유리 리본 위와 아래 모두에 위치한 공기 박스들을 갖춘 CCA 터널과 도 15에 도시된 것과 유사한 추가적인 국부적 히터(1610)를 도시한다. 그러나, 히터(1610)는 유리 리본의 더 얇은 부분 및/또는 더 두꺼운 부분을 다른 속도로 가열하도록 각각 개별적으로 제어되는 다른 색상의 코일들로 표시되는 섹션별(sectional) 히터(1620)들을 포함한다는 점에서 다르다. 5개의 섹션별 히터들이 표시되어 있지만 임의의 수가 가능하다. 섹션별 히터(1620)들은 이동 가능한 공기 박스들과 함께 사용되어 유리 리본에 대해 정밀하게 제어되는 열 처리를 제공할 수 있다.

전술한 설명은 단지 본 발명을 예시하는 것임을 이해해야 한다. 본 발명에서 벗어나지 않으면서 당업자는 다양한 대안들 및 수정들을 고안할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 그러한 모든 대안들, 수정들 및 변형들을 포괄하도록 의도된다.

Claims

가변 두께를 갖는 유리 리본을 생산하기 위한 유리 리본 가공 장치로서, 상기 장치는:
상기 유리 리본의 폭의 제1 부분을 상기 유리 리본의 폭의 제2 부분과 상이한 속도로 냉각하는 제1 기구를 포함하며, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 더 두꺼운, 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 기구는 상기 유리 리본의 위 또는 아래에 상기 유리 리본에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 기구는 상기 제1 부분으로부터 열을 추출하는 열 교환기인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 기구는 공기를 상기 제1 부분 상으로 강제시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 기구는 상기 제1 부분으로부터 열을 추출하고 공기를 상기 제1 부분 상으로 강제시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기구는 상기 제1 부분 상으로 강제된 상기 공기를 조정하기 위한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기구는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 리본의 폭의 임의의 부분을 가열하는 제2 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서,
상기 제2 기구는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 경계면을 가열하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기구는 상기 장치 내에서 위치적으로 조정되도록 구성된 복수의 제1 기구들인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 리본에 가열 처리를 제공하기 위하여 적어도 두 개의 가열 구역들을 포함하는 색션별 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
가변 두께를 갖는 유리 리본을 생산하는 방법으로서, 상기 방법은:
상기 유리 리본을 운반하는 단계; 및
상기 유리 리본의 폭의 제2 부분과 상이한 속도로 상기 유리 리본의 폭의 제1 부분을 냉각하는 단계로서, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 더 두꺼운, 상기 냉각하는 단계;를 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 냉각하는 단계는 상기 유리 리본의 위 또는 아래에서 상기 유리 리본에 근접하게 배치된 기구에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 냉각하는 단계는 상기 제1 부분으로부터 열을 추출하는 열 교환기에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 냉각하는 단계는 상기 제1 부분 상으로 강제된 공기에 의한 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 기구는 상기 제1 부분으로부터 열을 추출하고 상기 제1 부분 상으로 공기를 강제하도록 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
제13항 또는 제16항에 있어서,
상기 제1 기구는 상기 유리 리본을 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 경계면을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 유리 리본의 상기 폭을 섹션별로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.