KR102317064B1 - 그리퍼 디바이스를 사용하여 완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품을 성형하는 장치 및 방법 - Google Patents

그리퍼 디바이스를 사용하여 완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품을 성형하는 장치 및 방법 Download PDF

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헤래우스 쿼츠 노쓰 아메리카 엘엘씨
헤래우스 크바르츠글라스 게엠베하 ＆ 컴파니 케이지
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Abstract

완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품들을 제조하기 위한 장치 및 방법. 장치는 벌크 유리 구성재를 가열하기 위한 가열 요소로서, 스트랜드가 상기 벌크 유리 구성재로부터 하향 방향으로 인발될 수 있는, 상기 가열 요소 및 그리퍼 디바이스로서, 상기 스트랜드를 상기 벌크 유리 구성재로부터 선형 모션으로 견인 또는 인발하는 동안 상기 스트랜드를 지지하기 위한 클램핑 요소, 및 x-y 면에서 상기 클램핑 요소의 병진 움직임을 가능하게 하는 상기 클램핑 요소에 부착되는 저 마찰 장착 요소를 포함하는, 상기 그리퍼 디바이스를 포함할 수 있다. 그리퍼 디바이스는 장착 요소 상의 클램핑 요소를 임의의 측정된 횡 가속도의 방향과 반대 방향으로 이동시킴으로써 스트랜드가 인발되는 동안 그것의 만곡을 감소시키기 위해 더 사용될 수 있다.

Description

그리퍼 디바이스를 사용하여 완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품을 성형하는 장치 및 방법{FORMATION OF ELONGATED GLASS COMPONENTS WITH LOW BOW USING A GRIPPER DEVICE}
본 발명은 일반적으로 가늘고 긴 유리 부품들, 그리고 특히 그리퍼 시스템을 사용하여 완만하게 만곡된 대형 유리 모재들을 제조하는 것에 관한 것이다.
통상적으로, 석영 유리관, 막대들 또는 접철식 오프라인 로드-인-실린더(RCI)를 위한 모재들은 석영 유리 구성재(예를 들어, 실린더, 잉곳, 또는 비접철식 RIC)를 하단이 연화되어 스트랜드를 성형하기 시작하도록 수직 배향의 가열대(예를 들어, 용해로)를 포함하는 장치로 주입함으로써 제조된다. 그 다음 스트랜드는 견인 휠들의 하나 이상의 세트를 포함하는 견인 디바이스에 배치된다. 스트랜드의 인발률은 견인 휠들의 속도에 의해 제어되며, 이들은 휠들에 의해 지지되는 스트랜드의 중량 및 성형대 온도 또는 점성에 따라 하향력 또는 상향력 중 어느 하나를 인가할 수 있다. 성형은 다이의 도움 없이 실현되고, 그에 따라 스트랜드 치수들은 석영 유리 구성재의 공급량, 가열대의 온도, 및 견인 휠들의 속도에 의해 제어된다.
대안적으로, 모재는 용해로에서 전기 또는 화염으로 규사를 녹임으로써 그리고 다이를 견인함으로써 용해로로부터 스트랜드를 추출함으로써 형성될 수 있다. 그 다음 스트랜드는 위에서 설명된 바와 같이 견인 디바이스에 배치된다.
어떤 경우든, 견인 휠들 및 모재 간 작은 접촉 면적으로 인해, 초과 압력은 모재의 유리 표면에 손상을 입힐 수 있기 때문에, 견인 휠들에 의해 모재에 인가될 수 있는 힘의 양이 제한된다. 견인 휠들의 단일 세트에 의해 인가될 수 있는 견인력보다 큰 견인력을 필요로 하는 대형 모재들에 대해서는, 견인 휠들의 다수의 세트가 필요한 전체 힘을 얻기 위해 상이한 레벨들로 스트랜드에 적용될 수 있다. 그러나, 견인 휠들의 다수의 세트는 장치 높이 및 비용 양자를 증가시킨다. 나아가, 완만한 만곡은 단지 견인 휠들의 세트들이 정확하게 정렬된 경우에만 견인 휠들로 이루어질 수 있으나, 이는 실제로 이루어지기 어렵다.
도 1a를 참조하면, 만곡은 유리 부품, 이를테면 유리 막대(10)의 곡도인 것으로 이해된다. 도 1a에 도시된 예에서, 단일 곡률 반경을 갖는 유리 막대(10)에 대한 만곡은 길이(z)에 대한 수평 오프셋(x), 또는 보다 일반적으로, 길이(z)에 대한 x/2의 최대 "캠버(camber)"(직선 "코드(chord)"로부터의 편차)의 면에서 정의될 수 있으며, 이들은 모두 통상적으로 밀리미터/미터(mm/m)로서 표현된다. 그러나, 만곡은 또한 유리 부품을 따르는 임의의 지점에 대한 곡률(12) 반경(R)으로 설명될 수 있다. 보다 큰 곡률 반경은 유리 부품의 해당 지점에 대해 보다 완만한 만곡의 정도가 나타냄을 반영한다. 실제로는, 아주 적절한 근사치로 R = Z2 / (2 * x)(식 1)라는 것을 용이하게 알 수 있다.
도 1b를 참조하면, 유리 부품은 선형 하향 속도(V)로 위에서 설명된 바와 같이 용융된 스트랜드(15)를 견인함으로써 형성된다. 이는 시간(t) 이후 동결된 스트랜드 길이(V * t)로 귀결된다. 그러나, 용융된 스트랜드(15)가 가속도(V┴')(즉, 횡속도(V┴)의 시간 미분)로 횡방향 또는 수직 힘을 유리 인발 방향(V)으로 받는다면, 만곡은 스트랜드를 형성하고 스트랜드로 동결될 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, V┴가 0(또한 V┴’도 0임을 의미함)이라면, 시간(t) 이후 스트랜드는 V * t의 길이를 가지나 오프셋(x(=V┴ * t))은 0을 유지하고 그에 따라 스트랜드는 직선이고 어떤 만곡도 갖지 않게 된다. 그러나, V┴’가 0이 아니라면, 시간(t) 이후 스트랜드는 V * t의 길이를 가지나 스트랜드의 하부는 도 1d에 도시된 바와 같이 거리 ½ V┴' * t2만큼 오프셋된다. 인발 속도(V) 및 횡방향 가속도(V┴') 양자가 일정한 경우, 스트랜드(15)의 만곡의 반경(R)은 일정하게 유지될 것이고 그것은 V2/V┴'와 동일하다. 이는 식 1로부터 다음과 같이 유도될 수 있다:
Z = V * t
x = ½ V⊥' t2
R = Z2 / (2 * x) = V2/V⊥' (식 2)
따라서, 만곡은 용융된 스트랜드가 동결되기 전 그것이 받는 수직 또는 횡방향 가속도(V┴’) 또는 동일한 수직 또는 횡방향 힘의 양을 최소화함으로써 최소화된다. 견인 방향(V)은 V┴’에 임의의 중력 기여를 최소화하기 위해 통상적으로 거의 수직이지만, 횡방향 힘 또는 가속도가 완만한 만곡을 위해 최소화되는 한 견인 방향(V)은 엄격히 수직은 아닌 방향들일 수 있다는 것이 주의된다. 사실은, V┴’가 0이나 V 및 V┴ 양자가 일정한 경우 스트랜드는 여전히 0이 아닌 오프셋(x(=V┴ * t))을 갖는 비-수직 방향으로 만곡 또는 곡률이 없이 직선으로 견인될 수 있다.
일반적으로, 임의의 인발 공정에서 유리 부품의 만곡 또는 곡률은 간단히 유리가 어떻게 용해로 밖으로 인발 또는 흘러나오는지에 대한 동결 기록이다. 모재 또는 튜브 곡률이 얼마나 복잡하든, 곡률 상의 임의의 주어진 지점(극소 길이를 갖는)에서 그것은 항상 크기가 곡률 반경이고 방향이 극소 길이의 곡률을 포함하는 면의 법선 벡터에 의해 정해지는 벡터에 의해 설명될 수 있다. 이는 3차원 공간에서의 임의의 곡률에 대한 수학적으로 정밀하고 충분한 설명이다. 임의의 주어진 지점에서의 곡률 반경(R)은 다시 식 2에 의해 주어질 수 있다, 즉 위에서 고려된 예처럼 R = V2/V┴'이며, 상기 식에서 V는 임의의 주어진 지점에서 유리가 흐르는 순간 속도이고, V┴'는 속도 벡터(V)에 관해 수직 또는 횡 속도 성분(V┴)의 가속도 또는 시간 미분이다. 식 2에서의 곡률 반경, 인발 속도 및 횡 가속도 또는 힘 사이의 이러한 일반적인 관계들은 반경(R)의 원으로 그리고 속도(V)로 이동하는 극소량의 질량체(m)의 밀접한 유사성: 즉 그것이 받는 구심력이 (m * V2 / R) 이거나 구심(즉, 횡방향 또는 수직) 가속도는 V┴' = V2 / R임을 주의함으로써 쉽게 찾을 수 있다.
입력 부품이 유리 막대 또는 모재인 대부분의 적용예에 대해 만곡은 바람직하지 않다. 많은 적용예는 유리 공작 선반에서 유리 막대를 다른 유리 구성재와 용접 또는 접합시키는 것을 필요로 한다. 척킹된 석영 막대의 자유 단부에서 만곡 "런아웃" 또는 "워블"은 동심 및 직선 용접을 이루기 어렵게 만든다. 섬유 인출의 경우, 핸들이 모재의 위로 용접된다. 모재는 척 또는 홀더에서 인출로 위에 용접된 핸들로 홀딩된 다음 모재의 바닥이 용해로 용해대로 하강된다. 섬유는 모재의 하단으로부터 인출된다. 모재 유리가 섬유 인출 동안 소모됨에 따라, 모재는 용해대로 계속해서 하강된다. 모재가 만곡을 갖기 때문에, 모재의 하단은 만곡을 따를 것이고 용해대는 인출로의 중심에 관해 오프셋되어 섬유 인출 시 바람직하지 않은 비대칭 유리 흐름으로 귀결될 것이다. 또한, 섬유 인출 시 보통 인출로의 위 모재 및 밀봉 메커니즘 간 가능한 가장 작은 환형 갭을 갖는 것이 바람직하다. 요구되는 간격은 모재 만곡의 직접적인 기능이다.
만곡된 오버클래드 튜브들은 중심 막대의 삽입을 어렵게 만들기 때문에, 만곡은 또한 로드-인-튜브(RIT) 광 섬유의 제조 시 사용되는 오버클래드 튜브들에 대해서도 바람직하지 않다. 오버클래드 튜브 만곡은 또한 사실상 광 섬유 성능에 불리한 섬유 중심부 이심률을 증가시키는 경향이 있는 보다 큰 오버클래드 갭들을 야기한다.
최근 고정 위치의 견인 휠들을, 스트랜드에 부착하고 스트랜드와 함께 수직으로 이동할 수 있는 가이드 요소들로 대체하려는 시도들이 이루어져 왔다. 그러한 시도의 예는 미국 특허 제6,938,442호에서 찾아볼 수 있다. 그러나, 그러한 디바이스들은 여전히 만곡이 스트랜드에 도입되지 않음을 보장하기 위해 가이드 요소들의 정확한 정렬을 필요로 하고 오정렬을 방지하기 위해 가이드 요소들의 위치를 조절할 수 없다. 따라서, 조절가능한 가이드 요소들을 포함하는 유리 모재들을 성형하기 위한 장치가 바람직하다.
본 발명은 완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품을 성형하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 일 실시예에서, 상기 장치는 벌크 유리 구성재를 가열하기 위한 가열 요소로서, 스트랜드가 상기 벌크 유리 구성재로부터 하향 z 방향으로 인발될 수 있는, 상기 가열 요소, 및 그리퍼 디바이스를 포함한다. 상기 그리퍼 디바이스는 상기 스트랜드를 상기 벌크 유리 구성재로부터 선형 모션으로 견인 또는 인발하는 동안 상기 스트랜드를 지지하고 상기 스트랜드와 선형으로 이동하기 위한 클램핑 요소 및 x-y 면에서 병진 움직임을 가능하게 하는 상기 클램핑 요소에 부착되는 저 마찰 장착 요소를 포함하되, 여기서 z 방향은 상기 스트랜드가 인발되는 방향으로 정의된다. 상기 장착 요소는 저 마찰이기 때문에, 상기 유리 부품에 의해 상기 클램핑 요소에 인가되는 힘은 상기 클램핑 요소가 상기 유리 부품에 횡방향 저항력을 인가하기 보다는 상기 클램핑 요소가 상기 장착 요소를 따라 방향을 바꾸게 할 것이어서, 만곡을 도입할 위험을 최소화한다.
다른 실시예에서, 완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품은, 벌크 유리 구성재를 가열하여 스트랜드를 성형하는 단계, 상기 스트랜드의 중심을 결정하는 단계, 그리퍼 디바이스의 클램핑 요소를 상기 스트랜드의 중심과 정렬시키는 단계로서, 및 상기 스트랜드를 늘이기 위해 상기 그리퍼 디바이스를 상기 벌크 유리 구성재에서 선형 하향 방향으로 이동시는 단계에 의해 제조될 수 있다. 상기 그리퍼 디바이스는 x-y 면에서 상기 클램핑 요소의 병진 움직임을 가능하게 하는 상기 클램핑 요소에 부착되는 저 마찰 장착 요소를 더 포함하되, 여기서 z 방향은 상기 스트랜드가 인발되는 방향으로 정의된다. 상기 장착 요소가 저 마찰이기 때문에, 상기 스트랜드의 위치는 오정렬 발생 시 상기 클램핑 요소를 상기 스트랜드에 클램핑함으로써 동요되지 않는다.
다른 실시예에서, 만곡은 가늘고 긴 유리 부품이 벌크 유리 구성재로부터 인발될 시, 클램핑 요소 및 x-y 면에서 상기 클램핑 디바이스의 병진 움직임을 가능하게 하는 상기 클램핑 요소에 부착되는 장착 요소를 포함하는 그리퍼 디바이스를 스트랜드에 부착시키는 단계; 상기 스트랜드의 횡 가속도의 양을 측정하는 단계; 및 상기 스트랜드의 만곡의 양을 감소시키기 위해 상기 장착 요소 상의 상기 스트랜드에 부착된 상기 클램핑 요소를 상기 횡 가속도의 반대 방향으로 이동시키는 단계에 의해 바로 잡힐 수 있다. 상기 스트랜드의 횡 가속도의 양은 시간이 흐르면서 다수의 지점에서의 상기 스트랜드의 횡방향 변위를 결정함으로써 측정될 수 있다.
본 발명은 첨부 도면들과 관련하여 읽을 때 다음 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 일반적 관례에 따라, 도면들의 다양한 피처는 일정한 비율이 아님이 강조된다. 그와는 반대로, 다양한 피처의 치수가 명확성을 위해 임의로 확대 또는 축소된다. 도면들이 다음 도면들에 포함된다:
도 1a는 만곡된 유리 부품의 측면도이다;
도 1b는 제1 인발 길이를 갖는 유리 부품의 측면도이다;
도 1c는 만곡을 도입하지 않고 제2 인발 길이로 견인된 후의 도 1b의 유리 부품의 측면도이다;
도 1d는 만곡을 도입하면서 제2 인발 길이로 견인된 후의 도 1b의 유리 부품의 측면도이다;
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른, 스트랜드에 부착된 제1 그리퍼 디바이스를 포함하여 완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품을 성형하기 위한 장치의 측면도이다;
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른, 스트랜드가 제2 길이로 인발된 도 2의 장치의 측면도이다;
도 3a는 본 발명의 실시예에 따라, 만곡한 스트랜드를 제조하는 장치의 측면도이다;
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른, 그리퍼 디바이스가 만곡된 스트랜드에 부착되고 스트랜드에서 만곡이 전파하는 것을 방지하기 위해 하향 선형으로 견인된 후의, 도 3a의 장치의 측면도이다;
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른, 그리퍼 디바이스가 만곡한 스트랜드에 부착된 후의 도 3a의 장치의 측면도이다;
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른, 성형대에서 횡 가속도를 약화시키기 위해 그리퍼 디바이스가 스트랜드로 이동된 후의, 도 3c의 장치의 측면도이다;
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른, 스트랜드에 부착된 세 개의 그리퍼 디바이스를 포함하여 완만하게 만곡된 유리 스트랜드를 성형하기 위한 장치의 측면도이다;
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른, 스트랜드를 늘이기 위해 세 개의 그리퍼 디바이스가 하향으로 이동된 후의, 도 4a의 장치의 측면도이다;
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른, 맨 위 그리퍼 디바이스가 스트랜드로부터 분리된 후의, 도 4b의 장치의 측면도이다;
도 4d는 본 발명의 실시예에 따른, 맨 위 그리퍼 디바이스가 보다 높은 높이에서 스트랜드에 재부착된 후의, 도 4c의 장치의 측면도이다;
도 4e는 본 발명의 실시예에 따른, 중간 그리퍼 디바이스가 스트랜드로부터 분리된 후의, 도 4d의 장치의 측면도이다;
도 4f는 본 발명의 실시예에 따른, 중간 그리퍼 디바이스가 맨 위 그리퍼 디바이스 아래 보다 높은 높이에서 스트랜드에 재부착된 후의, 도 4e의 장치의 측면도이다;
도 4g는 본 발명의 실시예에 따른, 맨 아래 그리퍼 디바이스가 스트랜드로부터 분리된 후의, 도 4f의 장치의 측면도이다;
도 4h는 본 발명의 실시예에 따른, 맨 아래 그리퍼 디바이스가 중간 그리퍼 디바이스 아래 보다 높은 높이에서 스트랜드에 재부착된 후의, 도 4g의 장치의 측면도이다;
도 4i는 본 발명의 실시예에 따른, 스트랜드가 맨 아래 그리퍼 디바이스 아래에서 절단된 후의, 도 4h의 장치의 측면도이다;
도 4j는 본 발명의 실시예에 따른, 스트랜드가 맨 아래 그리퍼 디바이스 위에서 절단된 후의, 도 4h의 장치의 측면도이다;
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른, 세 개의 그리퍼 디바이스 및 그리퍼 디바이스들 아래에 착탈가능한 견인 휠 디바이스를 포함하여 완만하게 만곡된 유리 스트랜드를 성형하기 위한 공정을 개시하기 위한 장치의 측면도이되, 여기서 견인 휠 디바이스는 벌크 유리 구성재로 만들어진 드립에 부착된다;
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른, 스트랜드를 성형하기 위해 견인 휠 디바이스가 드립의 직경을 증가시킨, 도 5a의 장치의 측면도이다;
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른, 견인 휠 디바이스가 스트랜드의 직경을 증가시키고 그리퍼 디바이스들이 스트랜드에 부착된, 도 5b의 장치의 측면도이다
도 5d는 본 발명의 실시예에 따른, 견인 휠 디바이스가 제거되고 스트랜드가 절단된 후의, 도 5c의 장치의 측면도이다;
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른, 벌크 유리 구성재에 미리 용접된 개시 피스에 부착된 세 개의 그리퍼 디바이스를 포함하여 완만하게 만곡된 유리 스트랜드를 성형하기 위한 공정을 개시하기 위한 장치의 측면도이다;
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른, 개시 피스 및 벌크 유리 구성재 사이에 스트랜드를 성형하기 위해 세 개의 그리퍼 디바이스가 하향으로 이동된 후의, 도 6a의 장치의 측면도이다;
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른, 세 개의 그리퍼 디바이스가 개시 피스에서 분리되고 스트랜드에 재부착된 후의, 도 6b의 장치의 측면도이다;
도 6d는 본 발명의 실시예에 따른, 개시 피스가 제거된 후의, 도 6c의 장치의 측면도이다;
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른, 벌크 유리 구성재 아래에 그리고 그것과 별개의 개시 피스에 부착되 세 개의 그리퍼 디바이스를 포함하여 완만하게 만곡된 유리 스트랜드를 성형하기 위한 공정을 개시하기 위한 장치의 측면도이다;
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른, 개시 피스가 벌크 유리 구성재에 용접된 후의, 도 7a의 장치의 측면도이다;
도 7c는 본 발명의 실시예에 따른, 개시 피스 및 벌크 유리 구성재 사이에 스트랜드를 성형하기 위해 세 개의 그리퍼 디바이스가 하향으로 이동된 후의, 도 7b의 장치의 측면도이다;
도 7d는 본 발명의 실시예에 따른, 세 개의 그리퍼 디바이스가 개시 피스에서 분리되고 스트랜드에 재부착된 후의, 도 7c의 장치의 측면도이다; 그리고
도 7e는 본 발명의 실시예에 따른, 개시 피스가 제거된 후의, 도 7d의 장치의 측면도이다.
도 2a를 참조하면, 가늘고 긴 유리 부품 이를테면 유리 모재를 성형하기 위해 사용되는 장치(200)가 제공된다. 장치(200)는 타워(220)에 부착된 그리퍼 디바이스(210), 및 가열 요소(240), 이를테면 용해로를 포함한다. 그리퍼 디바이스(210)는 프레임(212), 클램핑 요소들(214), 및 클램핑 요소들(214)을 프레임(212)에 부착시키는 장착 요소들(216)을 포함한다. 그리퍼 디바이스(210)는 부착 요소(230)에 의해 그리퍼 디바이스(210)가 타워(220)의 길이에 평행하게 수직으로(도 1에서 Z 방향으로 정의됨) 이동하게 하는 타워(220)를 따라 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 장착 요소들(216)은 프레임(212) 또는 부착 요소(230)에가 아니라 타워(220)에 직접 부착될 수 있다. 장착 요소들(216)은 클램핑 요소들(214)의 X 방향 및 Y 방향으로(즉, X-Y 면 내 임의의 위치로)의 병진 움직임을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 장착 요소들(216)은 선형 베어링들 또는 선형 레일들 상에 장착된 아암들의 쌍 및 아암들의 움직임을 제어하기 위해 모터, 예를 들어 수동 또는 서보 모터 드라이브를 포함하는 x-y 테이블들이다. 장착 요소들(216)은 또한 저 마찰 디바이스들이고, 그에 따라 외부 객체에 의해 클램핑 요소들(214)에 인가되는 힘은 클램핑 요소들(214)이 외부 객체에 저항력을 인가하기 보다는 클램핑 요소들이(214) 장착 요소들(216)을 따라 방향을 바꾸게 하게 될 것이다.
장치(200)는 먼저 가열 요소(240)에서 벌크 유리 구성재(250)를 가열함으로써 가늘고 긴 유리 부품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되는 바와 같이, 방법에 포함되는 특정 단계들은 생략될 수 있고; 특정 추가 단계들이 추가될 수 있으며; 그리고 단계들의 순서는 예시된 순서에서 변경될 수 있다. 가열 요소(240)에서 유리 구성재(250)를 가열함으로써, 벌크 유리 구성재(250)의 하단은 연화되고 중력 및 유리 구성재(250)의 감소된 점성으로 인해 스트랜드(260)를 성형할 것이다. 다른 실시예들에서, 스트랜드(260)는 원하는 형상의 스트랜드(260)의 다이(미도시)를 통해 벌크 유리 구성재(250)의 부분에 힘을 가하기 위해 가열된 벌크 유리 구성재(250)에 압력을 인가함으로써 성형될 수 있다. 대표적인 실시예에서, 가열 요소(240)의 온도는 대략 1600 ℃ 내지 2200 ℃의 범위일 수 있다. 유리 스트랜드(260)는 중공인 내부를 갖는 일체 실린더 또는 튜브 중 어느 하나일 수 있고 대략 1 cm2 내지 대략 400 cm2 범위의 단면적을 가질 수 있으나, 보다 크거나 보다 작은 단면적이 명백하게 고려된다. 튜브의 경우, 단면적은 튜브의 중공인 내부는 포함하지 않는다는 것이 주의된다(예를 들어, 바깥 지름(d1) 및 안 지름(d2)을 갖는 튜브의 경우, 단면적은 π [(d1/2)2-(d2/2)2])와 동일하다). 스트랜드(260)는 통상적으로 거의 원형이지만, 스트랜드(260)의 단면적이 원으로 제한되지는 않는다.
스트랜드(260)가 형성되면, 클램핑 요소들(214)을 스트랜드(260)와 접촉하게 이동시킴으로써 그리퍼 디바이스(210)가 부착될 수 있다. 클램핑 요소들(214)은 스트랜드(260)의 반대 형상을 갖는 볼록한 영역들을 갖도록 사이징될 수 있어, 그에 따라 클램핑 요소들(214)이 스트랜드(260)에 손상을 입히지 않고 스트랜드(260) 주위에 단단히 맞게 된다. 다른 실시예들에서, 클램핑 요소들은 스트랜드(260)의 외부 표면의 단지 부분에 접촉할 수 있다. 대표적인 실시예에서, 클램핑 요소들(214)은 고온의 압축성 물질 이를테면 규산 칼슘, 석면, 압축된 유리 또는 세라믹 섬유(예를 들어, 암면) 또는 고온의 고무(예를 들어, 실리콘 또는 불소화 탄성중합체)로 만들어질 수 있다.
클램핑 요소들(214)은 먼저 스트랜드(260)의 중심을 결정한 다음 클램핑 요소들(214)을 스트랜드 중심(265)과 정렬되게 Y 방향으로 이동시킴으로써 스트랜드(260)의 중심과 정렬된다. 몇몇 실시예에서, 클램핑 요소들(214)은 스트랜드의 추정되는 중심, 예를 들어 원하는 인발 경로에 기초하여 예상되는 중심에 정렬될 수 있다. 다른 실시예들에서, 클램핑 요소들(214)을 스트랜드(260)와 보다 정확하게 정렬하기 위해, 장치(200)는 스트랜드의 중심의 위치를 찾을 수 있는 감지 요소 및 감지 요소의 출력으로부터 스트랜드의 중심을 결정하기 위한 컴퓨터를 더 포함할 수 있다. 감지 요소는 하나 이상의 레이저 디바이스, 카메라/시각 시스템, 또는 기계적 접촉(다이얼 표시기) 시스템을 포함할 수 있다. 대표적인 실시예에서, 감지 요소는 그리퍼 디바이스(212)에 부착될 수 있거나 그리퍼 디바이스의 외부에 있을 수, 예를 들어 타워(220)에 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 감지 요소, 예를 들어 카메라들(270)은 그리퍼 디바이스(210) 및 타워(220) 양자의 외부에 있을 수 있다. 그리퍼 디바이스(210)가 오정렬을 방지하기 위한 추가 요소들을 포함하기 때문에, 그리퍼 디바이스(210)가 스트랜드의 중심과 완벽하게 정렬될 필요는 없다.
클램핑 요소들(214)이 정렬되면, 클램핑 요소들(214)은 장착 요소들(216)의 x 방향으로의 움직임에 의해 스트랜드(260)와 접촉하게 된다. 장착 요소들(216)은 임의의 적합한 수단, 예를 들어 x-y 테이블의 아암들의 쌍을 제어하기 위해 사용되는 모터에 의해 이동될 수 있다. 장착 요소들(216)은 저 마찰 디바이스들이기 때문에, 클램핑 요소들(214)이 스트랜드 중심과 완벽하게 정렬되지 않지만 스트랜드(260)에 부착하려고 시도하는 경우, 클램핑 요소들(214)에 대고 미는 스트랜드(260)의 힘은 스트랜드(260)가 이동되는 대신 클램핑 요소들(214)을 정렬된 위치로 이동할 것이다. 장착 요소들(216)은 클램핑 요소들이 스트랜드(260)에 부착되면 클램핑 요소들(214)의 움직임을 방지하기 위해 체결 및 분리될 수 있는 잠금 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 클램핑 요소들(214)이 위치로 이동되는 동안, 잠금 메커니즘은 잠금해제되며, 그에 따라 클램핑 요소들(214)은 모터에 의해 이동되는 한편 클램핑 요소들(214)에 인가되는 임의의 추가 힘에 의해 계속해서 변위될 수 있게 된다. 클램핑 요소들(214)이 스트랜드(260)와 접촉하면, 클램핑 요소들(214)의 X-Y 면 내 추가 움직임을 방지하기 위해 잠금 메커니즘이 체결된다.
오정렬을 검출하기 위해, 일 실시예에서, 그리퍼 디바이스(210)는 클램핑 요소들(214)이 스트랜드(260)에 부착시키는 공정 동안 발생하는 반력을 측정하기 위해 반력을 감지하기 위한 힘 감지 디바이스(218), 이를테면 전지들을 더 포함한다. 부하 전지들은 각 부하 전지의 변형 게이지(미도시)에 클램핑 요소들(214)에 인가되는 힘을 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서들이다. 그 다음 전기 신호는 측정되어 변형 게이지에 인가되는 힘과 상관될 수 있다. 대표적인 부하 전지들은 유압 부하 전지들, 공압 부하 전지들, 및 변형 게이지 부하 전지들을 포함한다. 클램핑 요소들(214)이 스트랜드(260)의 중심에 적절히 정렬되지 않는다면, 반력은 클램핑 요소들(214)이 적절히 정렬되는 경우보다 클 것이다. 힘 감지 요소(218)로 반력을 측정함으로써, 클램핑 요소들(214)이 스트랜드(260)의 움직임을 야기하기에 충분한 힘을 스트랜드(260)에 인가하기 전에 오정렬이 검출 및 바로잡힐 수 있다. 일 실시예에서, 힘 감지 디바이스(218)는 저 마찰 장착 요소들(216)과 함께 사용될 수 있으며, 이때 클램핑 요소들(214)이 스트랜드(260)에 부착되는 속도는 클램핑 요소들(214)이 장착 요소들(216) 상에서 정렬된 위치로 이동하게 하기 위해 예상되는 것보다 큰 반력에 반응하여 늦춰진다. 대표적인 실시예에서, 클램핑 요소들(214)은 힘 감지 디바이스(218)에 의해 어떠한 오정렬도 검출되지 않는 동안 대략 50 mm/분 내지 대략 100 mm/분 범위의 속도로 스트랜드(260)를 향해 이동될 수 있고, 오정렬이 검출되는 경우 속도는 대략 10 mm/분 내지 대략 25 mm/분으로 감소된다. 다른 적용예들에서, 클램핑 속도들은 이러한 범위들을 초과할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 클램핑 요소들(214)이 스트랜드(260)에 적절히 정렬 및 부착되면, 그리퍼 디바이스(210)는 스트랜드(260)를 보다 긴 길이로 인발하기 위해 하향으로 이동될 수 있다. 타워(220)에 부착된 모터는 그리퍼 디바이스(210)가 이동되는 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 그리퍼 디바이스(210)가 하향으로 이동되는 속도는 스트랜드가 인발되는 속도를 제어하고 대략 0.2 mm/s 내지 대략 2.5 mm/s의 범위일 수 있으나, 보다 크고 보다 작은 속도가 명백하게 고려된다.
스트랜드(260)가 원하는 길이에 이르면, 스트랜드(260)는 절단될 수 있고 그리퍼 디바이스(210)는 다시 그것의 원래 위치로 이동되고 스트랜드(260)에 재부착될 수 있다. 스트랜드(260)의 원하는 길이, 이를테면 스트랜드(260)의 단면적은 적용예마다 특유하지만, 대표적인 실시예에서, 원하는 길이는 대략 1 m 내지 대략 3 m 범위일 수 있으며, 보다 짧고 보다 긴 길이들이 명백하게 고려된다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 실시예들은 인발 공정 동안 만곡된 부분(365)을 포함하는 유리 스트랜드(360)의 만곡을 바로잡기 위해 타워(320)에 부착되는 그리퍼 디바이스(310)(도 3b), 및 가열 요소(340), 이를테면 용해로를 포함하는 장치(300)를 사용하는 것을 더 포함한다. 도 2a 및 도 2b와 함께 위에서 설명된 그리퍼 디바이스(210)와 같이, 그리퍼 디바이스(310)는 프레임(312), 클램핑 요소들(314), 및 클램핑 요소들(314)을 프레임(312)에 부착시키는 장착 요소들(316)을 포함한다. 클램핑 요소들(314) 및 장착 요소들(316)은 각각, 클램핑 요소(214)(도 2a 및 도 2b) 및 장착 요소(216)(도 2a 및 도 2b)에 대해 위에서 설명된 바와 동일한 특징들을 갖는다. 그리퍼 디바이스(310)는 부착 요소(310)에 의해 그리퍼 디바이스(310)가 타워(320)의 길이에 평행하게 수직으로 이동하게 하는 타워(320)를 따라 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 장착 요소들(316)은 프레임(312) 또는 부착 요소(330)에가 아니라 타워(320)에 직접 부착될 수 있다.
도 3a에서, 유리 스트랜드(360)가 벌크 유리 구성재(350)로부터 성형되고 있다. 성형대(즉, 가열 요소(340)의 그리고 조금 아래 구역)에서의 횡 가속도(V┴')로 인해, 스트랜드(360)가 원하는 인발축 중심에서 오프셋되어, 스트랜드에 만곡된 부분(365)이 형성된다. 스트랜드의 횡 가속도(V┴')는 그것의 횡방향 오프셋 또는 시간이 흐르면서 다수의 지점에서의 변위를 스트랜드(360)(만곡된 부분들(365)을 포함하는)의 위치를 추적하는 카메라들(370)(예를 들어, 레이저, LED 또는 카메라 게이지들)을 사용하여 측정함으로써 결정될 수 있다. 바람직하게는 카메라들(370)은 스트랜드가 고형화되기 전 그것들이 스트랜드 위치를 측정하도록 가열 요소에 또는 바로 아래에 위치된다.
그리퍼 디바이스(310)는 스트랜드의 만곡이 미치는 영향을 감소시키기 위해 두 방식으로 사용될 수 있다. 첫 번째로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 만곡된 부분(365)이 더 이상 가단가능하지 않은 지점까지 냉각되고 횡 가속도가 줄어든 경우, 그리퍼 디바이스(310)는 오프셋 위치의 스트랜드(360)에 부착하고 계속해서 선형으로 견인할 수 있다. 그 결과, 만곡된 부분 위의 스트랜드 부분(364)은 어떤 만곡도 없이 성형대에서 나가고 횡 가속도(V┴' )가 미치는 영향은 더 전파되지 않을 것이다. 그에 반해, 복수의 견인 휠을 포함하는 장치는 항상 기존의 또는 인발 모재의 곡률을 따라야 해 고형화된 유리의 상단이 x-y 면에서 흔들리게 하여 할 것이며 이는 용융된 유리로부터 새로운 만곡을 유발할 것이고 그렇게 함으로써 만곡 문제를 더 전파시키거나 또는 심지어 증폭시킬 것이다. 실제로, 견인 휠들이 완벽하게 정렬되고 견인 휠들 내 인발된 모재가 완벽하게 직선(즉, 어떠한 만곡도 없음)이지 않는 한, 견인 휠들은 항상 인발 또는 견인 모션의 일부를 용융된 유리의 횡 가속도 성분(V┴')으로 변환하여, 추가 만곡을 초래할 것이다. 요약하면, 그리퍼 시스템의 엄격하게 직선인 견인 모션은: (1) 용융된 유리가 받는 횡방향 힘 또는 가속도(V┴')를 최소화할 수 있고, (2) 후속 인발에서 인발된 모재에서의 어떠한 기존의 곡률 또는 만곡도 분리시키고 추가 만곡 형성 및 전파를 방지할 수 있으며, 그리도(3) 엄격하게 직선인 견인 모션이 유지되지 않는 한 과도 횡 V┴' 교란 이후 만곡을 완만한 레벨로 복구 또는 복귀하게 할 수 있다 - 이들 전부는 인발 시 완만한 만곡을 이루는 것에 도움이 된다.
도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 만곡된 부분(365)이 아직 고형화되지 않은 경우(도 3c), 그리퍼 디바이스(310)는 스트랜드(360)를 횡 가속도(V┴')를 약화하거나 무효화하기 위한 힘을 인가하기 위해 만곡 반대 방향으로 이동시킬 수 있고, 그렇게 함으로써 스트랜드(360)에서 만곡이 형성되는 것을 방지한다(도 3d). 그에 따라, 그리퍼 디바이스(310)는 횡 가속도를 정정하여 만곡이 형성되는 것을 방지하고 또한 스트랜드에 이미 존재하는 만곡에 적응하고 그것이 후속 모재 인발 시 임의의 추가 만곡을 야기하는 것을 방지할 수 있다.
도 4a 내지 도 4j를 참조하면, 추가 실시예들은 스트랜드에 부착되는 다수의 그리퍼 디바이스를 사용하여 가늘고 긴 유리 부품을 제조하는 방법들을 더 포함한다. 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되는 바와 같이, 방법에 포함되는 특정 단계들은 생략될 수 있고; 특정 추가 단계들이 추가될 수 있으며; 그리고 단계들의 순서는 예시된 순서에서 변경될 수 있다. 도 4a 내지 도 4j는 타워(420) 및 가열 요소(440), 이를테면 용해로에 부착되는 세 개의 그리퍼 디바이스(맨 위 그리퍼 디바이스(410a), 중간 그리퍼 디바이스(410b), 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c))를 포함하는 장치(400)를 도시하지만, 다른 실시예들은 하나의 그리퍼 디바이스(도 2a 및 도 2b와 함께 위에서 설명된 바와 같은), 두 개의 그리퍼 디바이스, 또는 네 개 이상의 그리퍼 디바이스를 포함할 수 있다. 맨 위 그리퍼 디바이스(410a), 중간 그리퍼 디바이스(410b), 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c)는 위에서 설명된 그리퍼 디바이스(210)와 거의 유사하다. 그리퍼 디바이스들(410a 내지 410c)는 그리퍼 디바이스(410a 내지 410c)가 타워(420)의 길이에 평행하게 수직으로 이동하게 하는 타워(420)를 따라 장착될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 그리퍼 디바이스들(410a 내지 410c)은 그리퍼 디바이스(210)를 스트랜드(460)에 부착하기 위해 위에서 설명된 바와 같이 스트랜드(460)에 부착된다. 도 4a에서, 스트랜드(460)가 벌크 유리 구성재(450)로부터 인발되고 있으며, 그리퍼 디바이스들(410a 내지 410c)은 스트랜드(460)의 길이를 따라 분산된다. 제조 공정을 시작하는 방법들이 도 5a 내지 도 5d, 도 6a 내지 도 6d, 및 도 7a 내지 도 7e와 함께 아래에서 보다 상세하게 설명된다. 도 4b를 참조하면, 그리퍼 디바이스들(410a 내지 410c)은 스트랜드(460)를 보다 긴 길이로 인발하기 위해 타워(420) 아래로 이동된다. 도 4c를 참조하면, 맨 위 그리퍼 디바이스(410a)는 스트랜드(460)에서 분리되는 한편, 스트랜드(460)는 중간 그리퍼 디바이스(410b) 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c)에 의해 지지되게 유지된다. 도 4d를 참조하면, 맨 위 그리퍼 디바이스(410a)는 다시 스트랜드(460)의 맨 위를 향해 이동되고 스트랜드(460)에 재부착된다. 도 4e를 참조하면, 맨 위 그리퍼 디바이스(410a)가 스트랜드(460)에 재부착되면, 중간 그리퍼 디바이스(410b)가 스트랜드(460)에서 분리되는 한편, 스트랜드(460)는 맨 위 그리퍼 디바이스(410a) 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c)에 의해 지지되게 유지된다. 도 4f를 참조하면, 중간 그리퍼 디바이스(410b)는 다시 스트랜드(460)의 맨 위를 향해 이동되고 맨 위 그리퍼 디바이스(410a) 아래 스트랜드(460)에 재부착된다. 도 4g를 참조하면, 중간 그리퍼 디바이스(410b)가 스트랜드(460)에 재부착되면, 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c)가 스트랜드(460)에서 분리되는 한편, 스트랜드(460)는 맨 위 그리퍼 디바이스(410a) 및 중간 그리퍼 디바이스(410b)에 의해 지지되게 유지된다. 도 4h를 참조하면, 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c)는 다시 스트랜드(460)의 맨 위를 향해 이동되고 중간 그리퍼 디바이스(410b) 아래 스트랜드(460)에 재부착된다. 도 4i를 참조하면, 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c)가 스트랜드(460)에 재부착되면, 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c) 아래 스트랜드(460)의 부분(470)이 예를 들어 인발 또는 스냅 절단에 의해 제거된다. 도 4j에 도시된 대안적인 실시예에서, 스트랜드(460)는 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c)가 스트랜드(460)의 부분(470)을 대기 용기(미도시)로 내리기 위해 사용될 수 있도록 맨 아래 그리퍼 디바이스(410c) 위에서 절단될 수 있다.
상기한 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 다수의 그리퍼 디바이스를 사용하면 스트랜드가 인발 공정 동안 항상 적어도 하나의 그리퍼 그리고 총 개수보다 하나 적은 수 이하의 그리퍼에 의해 지지되게 한다. 세 개의 그리퍼 디바이스(410a 내지 410c)를 갖는 상기한 예에서, 스트랜드(460)는 그리퍼 디바이스들(410a 내지 410c) 중 적어도 두 개에 의해 항상 지지된다. 소정의 시점에 그리퍼 디바이스가 많이 부착될 수록, 스트랜드(460)는 보다 강성이게 될 것이고 원하는 인발 경로로부터 스트랜드를 교란시키는 데 보다 많은 힘이 요구될 것이다(즉, 횡방향 힘 또는 가속도(V┴')를 도입하는 것이 보다 어려울 것이다). 스트랜드 강성은 또한 부착된 그리퍼 디바이스들 간 간격에 따르고, 그에 따라 보다 긴 스트랜드들을 위해 보다 많은 그리퍼 디바이스가 사용될 수 있다. 도면들에 도시되지 않지만, 그리퍼 디바이스들의 각각은 스트랜드에 부착되면서 일정한 원하는 속도로 아래로 이동하고 있고, 그렇게 함으로써 계속적인 인발 공정을 가능하게 한다는 것이 이해될 것이다. 해당 기술분야에서의 통상의 기술자는 스트랜드에서 원하는 길이들의 부분들을 절단하면서 그리퍼 디바이스들 간 원하는 간격을 유지하기 위해 다수의 그리퍼 디바이스의 움직임을 어떻게 동기화하는지 이해할 것이다.
도 4a 내지 도 4j에 도시된 공정은 정상-상태 공정이며 이때 공정은 이미 진행 중임이 주의된다. 일 실시예에서, 모재 제조 공정은 벌크 유리 구성재에서 드립을 개시한 다음, 그리퍼 디바이스들을 드립에 부착한 후 도 4a 내지 도 4j의 방법을 수행함으로써 형성될 수 있다. 연화된 유치보다 느린 속도로 드립을 견인함으로써, 드립의 지름은 그것이 원하는 지름에 이르고 스트랜드를 형성할 때까지 증가될 수 있으며, 이 시점에 그리퍼 디바이스들은 정상-상태 공정을 시작하기 위해 보다 빠르게 견인할 수 있다. 도 5a 내지 도 5d, 도 6a 내지 도 6d, 및 도 7a 내지 도 7e를 참조하면, 도 4a 내지 도 4j와 함께 위에서 설명된 제조 공정을 시작하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 도 5a 내지 도 5d는 캡스턴 또는 견인 휠 디바이스를 이용하는 개시 방법을 도시하고, 도 6a 내지 도 6d는 벌크 유리 구성재에 미리 용접된 개시 피스를 이용하는 개시 방법을 도시하며, 그리고 도 7a 내지 도 7e는 오븐 또는 용해로에서 벌크 유리 구성재에 용접된 개시 피스를 이용하는 개시 방법을 도시한다.
이제 도 5a 내지 도 5d를 구체적으로 참조하면, 제조 공정을 개시하는 두 번째 방법은 오븐에서 벌크 유리 구성재를 가열함으로써 드립을 형성하는 단계. 하나 이상의 그리퍼 디바이스 아래에 착탈가능하게 부착되는 견인 휠 디바이스로 드립을 받는 단계, 드립이 원하는 지름의 스트랜드로 발달할 때까지 견인 휠 디바이스로 드립을 천천히 견인하는 단계, 하나 이상의 그리퍼 디바이스를 스트랜드에 부착하는 단계, 및 그 다음 견인 휠 디바이스를 제거하는 단계를 포함한다.
도 5a를 참조하면, 타워(620) 및 가열 요소(630), 이를테면 용해로에 부착되는 세 개의 그리퍼 디바이스(맨 위 그리퍼 디바이스(610a), 중간 그리퍼 디바이스(610b), 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(610c))를 포함하는 장치(600)가 제공된다. 맨 위 그리퍼 디바이스(610a), 중간 그리퍼 디바이스(610b), 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(610c)는 위에서 설명된 그리퍼 디바이스(210)와 거의 유사하다. 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되는 바와 같이, 방법(60)에 포함되는 특정 단계들은 생략될 수 있고; 특정 추가 단계들이 추가될 수 있으며; 그리고 단계들의 순서는 예시된 순서에서 변경될 수 있다. 장치(600)는 세 개의 그리퍼 디바이스를 포함하지만, 도 5a 내지 도 5d와 함께 설명되는 방법은 세 개보다 많은 그리퍼 디바이스로 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 장치(600)는 그리퍼 디바이스들(610a, 610b, 610c) 아래 착탈가능하게 장착되는 견인 휠 디바이스(640)를 더 포함한다. 견인 휠 디바이스(640)는 해당 기술분야에 통상적으로 알려진 바와 같이 휠들의 회전 속도를 달리하기 위해 모터에 의해 구동되는 두 개 이상의 휠을 포함하는 임의의 디바이스일 수 있다. 휠들 간 간격은 또한 다양한 지름을 갖는 스트랜드를 수용하기 위해 동작 동안 증가 또는 감소될 수 있다. 먼저, 벌크 유리 구성재(650)는 드립(660)을 형성하기 위해 가열 요소(630)에서 가열되며 이는 견인 디바이스(640)의 휠들 간에 담긴다.
도 5b를 참조하면, 견인 휠 디바이스(640)는 물질이 벌크 유리 구성재(650)로부터 가열 요소(630) 밖으로 흐르는 속도를 제어하기 위해 드립(660)에 힘을 가한다. 견인 휠 디바이스(640)는 하향 힘 또는 상향 힘 중 어느 하나를 가할 수 있으며, 여기서 하향 힘은 인발 속도를 증가시킬 것이고 상향 힘은 인발 속도를 감소시킬 것이나, 견인 휠 디바이스(640)는 통상적으로 인발 속도를 감소시키기 위해 상향 힘을 가할 것이다. 가열 요소(630)에서 나가는 것보다 적은 물질이 견인 휠 디바이스(640)를 통과하게 하는 힘을 가함으로써, 드립(660)은 지름이 증가하여, 스트랜드(670)를 성형할 것이다. 물질이 가열 요소(630) 밖으로 그리고 견인 휠 디바이스(640)를 통해 흐르는 속도들의 차이는 스트랜드(670)가 만곡하는 것을 방지하기에 충분히 가까워야 한다.
도 5c를 참조하면, 견인 공정은 스트랜드(670)가 원하는 지름에 이를 때까지 계속된다. 스트랜드(670)가 원하는 지름에 이르면, 그리퍼 디바이스들(610a, 610b, 610c)은 지지를 위해 스트랜드(670)에 부착된다.
도 5d를 참조하면, 그리퍼 디바이스들(610a, 610b, 610c)이 스트랜드(670)에 부착되면, 견인 휠 디바이스(640)가 제거되고 도 4a 내지 도 4j와 함께 위에서 설명된 공정이 시작될 수 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 맨 아래 그리퍼 디바이스(610c) 아래 스트랜드의 하부는 고르지 않은 지름 또는 원하는 지름보다 작은 지름을 가질 수 있다. 이러한 하부는 도 5d에 도시된 바와 같이, 제조 공정이 계속되기 전 제거될 수 있다.
이제 도 6a 내지 도 6d를 구체적으로 참조하면, 제조 공정을 개시하는 세 번째 방법은 용해로를 가열하기 전 벌크 유리 구성재에 미리 용접된 개시 피스를 갖는 벌크 유리 구성재를 용해로에 삽입하는 단계를 포함한다. 그 다음 그리퍼 디바이스들이 개시 피스에 부착된다. 그 다음, 그리퍼들이 시작 피스를 견인할 때 벌크 유리 구성재가 스트랜드를 성형하기에 충분히 연화될 때까지 용해로가 가열된다. 스트랜드가 충분한 길이에 이르면, 그리퍼 디바이스들은 스트랜드를 다시 그리핑하고 개시 피스가 제거된다.
도 6a를 참조하면, 타워(720) 및 가열 요소(730), 이를테면 용해로에 부착되는 세 개의 그리퍼 디바이스(맨 위 그리퍼 디바이스(710a), 중간 그리퍼 디바이스(710b), 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(710c))를 포함하는 장치(700)가 제공된다. 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되는 바와 같이, 방법에 포함되는 특정 단계들은 생략될 수 있고; 특정 추가 단계들이 추가될 수 있으며; 그리고 단계들의 순서는 예시된 순서에서 변경될 수 있다. 장치(700)는 세 개의 그리퍼 디바이스를 포함하지만, 도 6a 내지 도 6d와 함께 설명되는 방법은 세 개보다 많은 그리퍼 디바이스로 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 맨 위 그리퍼 디바이스(710a), 중간 그리퍼 디바이스(710b), 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(710c)는 위에서 설명된 그리퍼 디바이스(210)와 거의 유사하다.
첫 번째로, 벌크 유리 구성재(740)가 개시 피스(750)에 미리 용접(즉, 가열 요소(730)에 배치되기 전 용접)되고 가열 요소(730)를 가열하기 전 가열 요소(730)로 배치된다. 개시 피스(750)는 대략 원하는 최종 제품의 지름을 갖고 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)에 의해 홀딩된다. 개시 피스(750)는 최종 제품을 위해 의도된 보다 높은 품질의 물질로 만들어지는 벌크 유리 구성재(740)보다 낮은 품질의 유리로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 개시 피스(750)는 또한 비-유리 피스, 이를테면 기계적 척을 포함할 수도 있다. 개시 피스(750)를 이용함으로써, 벌크 유리 구성재(740)의 낭비가 회피되고, 그렇게 함으로써 가공비를 감소시킨다. 개시 피스(750)가 또한 벌크 유리 구성재(740)에 의해 위에서 지지되기 때문에, 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)에 의해 지지되는 중량은 처음에는 대략 0이다.
도 6b를 참조하면, 그 다음 가열 요소(730)가 가열되어, 벌크 유리 구성재(740)가 연화되게 된다. 벌크 유리 구성재(740)가 원하는 점성에 이르면, 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)은 개시 피스(750)를 견인하여 시작 피스(750) 및 벌크 유리 구성재(740) 간 스트랜드(760)를 성형한다. 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)은 스트랜드(760)가 원하는 지름, 대략 개시 피스(750)와 동일한 지름을 갖도록 하는 속도로 하향으로 이동한다. 벌크 유리 구성재(740)의 점성은 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)에 의해 지지되는 중량을 측정함으로써 결정될 수 있는데, 이는 속도가 증가되면 가열 요소(730) 밖으로 보다 많은 물질이 흐르게 되고 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)을 견인할 것이기 때문이다. 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)은 미리 결정된 중량이 측정되면 이동하기 시작할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 스트랜드(760)가 충분한 길이에 이르면, 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)은 개시 피스(750)에서 분리되고, 다시 위로 이동되며, 스트랜드(760)에 재부착된다. 스트랜드(760)는 스트랜드(760)가 부착될 모든 그리퍼 디바이스(710a, 710b, 710c)를 위한 공간이 존재할 때 충분한 길이를 갖는다. 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c)을 부착 및 재부착하는 공정은 도 4c 내지 도 4h와 함께 위에서 설명된 방법에 따라 실현될 수 있으며, 여기서 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c) 중 적어도 두 개가 항상 스트랜드에 부착된다. 다른 실시예에서, 다시 그리핑하는 공정은 스트랜드(760)가 그리퍼 디바이스들(710a, 710b, 710c) 중 단지 하나 또는 두 개에 충분한 길이를 가질 때 시작할 수 있으며, 나머지 그리퍼 디바이스들은 스트랜드(760)의 길이가 증가함에 따라 스트랜드(760)에 부착된다.
도 6d를 참조하면, 모든 그리퍼 디바이스(710a, 710b, 710c)가 개시 피스(750)가 아닌 스트랜드(760)에 부착되면, 개시 피스(750)는 스트랜드(760)에서 절단되고 제거된다. 개시 피스(750)가 제거되면, 도 4a 내지 도 4j와 함께 위에서 설명된 공정이 시작될 수 있다.
이제 도 7a 내지 도 7e를 구체적으로 참조하면, 제조 공정을 개시하는 네 번째 방법은 용해로 아래 하나 이상의 그리퍼 디바이스로 개시 피스를 그리핑하는 단계, 개시 피스를 벌크 유리 구성재와 접촉한 용해로로 상승시키는 단계, 및 그 다음 개시 피스를 벌크 유리 구성재에 용접하기 위해 용해로를 가열하는 단계를 포함한다. 상기한 바와 같이, 그 다음 그리퍼들은 개시 피스를 견인하여 스트랜드를 성형할 수 있다. 스트랜드가 충분한 길이에 이르면, 그리퍼 디바이스들은 스트랜드를 다시 그리핑하고 개시 피스가 제거된다.
도 7a를 참조하면, 타워(820) 및 가열 요소(830), 이를테면 용해로에 부착되는 세 개의 그리퍼 디바이스(맨 위 그리퍼 디바이스(810a), 중간 그리퍼 디바이스(810b), 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(810c))를 포함하는 장치(800)가 제공된다. 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되는 바와 같이, 방법에 포함되는 특정 단계들은 생략될 수 있고; 특정 추가 단계들이 추가될 수 있으며; 그리고 단계들의 순서는 예시된 순서에서 변경될 수 있다. 장치(800)는 세 개의 그리퍼 디바이스를 포함하지만, 도 7a 내지 도 7e와 함께 설명되는 방법은 세 개보다 많은 그리퍼 디바이스로 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 맨 위 그리퍼 디바이스(810a), 중간 그리퍼 디바이스(810b), 및 맨 아래 그리퍼 디바이스(810c)는 위에서 설명된 그리퍼 디바이스(210)와 거의 유사하다.
계속해서 도 7a에 대해, 벌크 유리 구성재(840)는 가열 요소(830)에 배치되고 개시 피스(850)는 가열 요소(830)를 가열하기 전 가열 요소(830) 아래 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)에 의해 그리핑된다. 개시 피스(850)는 대략 원하는 최종 제품의 지름을 갖고 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)에 의해 홀딩된다. 개시 피스(850)는 최종 제품을 위해 의도된 물질로 만들어지는 벌크 유리 구성재(840)보다 낮은 품질의 유리로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 개시 피스(850)는 또한 비-유리 피스, 이를테면 기계적 척을 포함할 수도 있다. 개시 피스(850)를 이용함으로써, 벌크 유리 구성재(840)의 낭비가 회피되고, 그렇게 함으로써 가공비를 감소시킨다.
도 7b를 참조하면, 개시 피스(850)는 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)에 의해 벌크 유리 구성재(840)와 접촉하게 상승되고 가열 요소(830)는 개시 피스(850)를 벌크 유리 구성재(840)에 용접하기 위해 가열된다.
도 7c를 참조하면, 개시 피스(850)가 벌크 유리 구성재(840)에 용접되면, 가열 요소(830)는 벌크 유리 구성재(840)가 원하는 점성에 이를 때까지 가열된다. 벌크 유리 구성재(840)가 원하는 점성에 이르면, 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)은 개시 피스(850)를 견인하여 시작 피스(850) 및 벌크 유리 구성재(840) 간 스트랜드(860)를 성형한다. 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)은 스트랜드(860)가 원하는 지름, 대략 개시 피스(850)와 동일한 지름을 갖도록 하는 속도로 하향으로 이동한다. 벌크 유리 구성재(840)의 점성은 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)에 의해 지지되는 중량을 측정함으로써 결정될 수 있는데, 이는 속도가 증가되면 가열 요소(830) 밖으로 보다 많은 물질이 흐르게 되고 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)을 견인할 것이기 때문이다. 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)은 미리 결정된 중량이 측정되면 이동하기 시작할 수 있다.
도 7d를 참조하면, 스트랜드(860)가 충분한 길이에 이르면, 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)은 개시 피스(850)에서 분리되고, 다시 위로 이동되며, 스트랜드(860)에 재부착된다. 스트랜드(860)는 스트랜드(860)가 부착될 모든 그리퍼 디바이스(810a, 810b, 810c)를 위한 공간이 존재할 때 충분한 길이를 갖는다. 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c)을 부착 및 재부착하는 공정은 도 4c 내지 도 4h와 함께 위에서 설명된 방법에 따라 실현될 수 있으며, 여기서 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c) 중 적어도 두 개가 항상 스트랜드에 부착된다. 다른 실시예에서, 다시 그리핑하는 공정은 스트랜드(860)가 그리퍼 디바이스들(810a, 810b, 810c) 중 단지 하나 또는 두 개에 충분한 길이를 가질 때 시작할 수 있으며, 나머지 그리퍼 디바이스들은 스트랜드(860)의 길이가 증가함에 따라 스트랜드(860)에 부착된다.
도 7e를 참조하면, 모든 그리퍼 디바이스(810a, 810b, 810c)가 개시 피스(850)가 아닌 스트랜드(860)에 부착되면, 개시 피스(850)는 스트랜드(860)에서 절단되고 제거된다. 개시 피스(850)가 제거되면, 도 4a 내지 도 4j와 함께 위에서 설명된 공정이 시작될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 앞서 말한 설명은 청구항들에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명을 제한하는 것이 아니라, 예시하는 것으로 취해져야 한다. 용이하게 이해될 바와 같이, 위에서 제시된 특징들의 많은 변경 및 조합이 청구항들에 제시된 바와 같이 본 발명에서 벗어나지 않고 이용될 수 있다. 그러한 변경은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나느 것으로 간주되지 않고, 모든 그러한 변경은 다음 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품을 성형하기 위한 장치에 있어서,
    벌크 유리 구성재를 가열하기 위한 가열 요소로서, 스트랜드가 상기 벌크 유리 구성재로부터 하향 z 방향으로 인발될 수 있는 가열 요소; 및
    그리퍼 디바이스
    를 포함하고, 상기 그리퍼 디바이스는:
    상기 스트랜드가 상기 벌크 유리 구성재로부터 인발되는 동안 상기 스트랜드를 지지하고 상기 스트랜드와 선형으로 이동하는 클램핑 요소, 및
    상기 클램핑 요소에 부착되는 저 마찰 장착 요소로서, 상기 저 마찰 장착 요소는 상기 클램핑 요소의 병진 이동을 x-y 평면 내의 어느 위치로도 가능하게 하고, 상기 z 방향은 상기 스트랜드가 인발되는 방향으로 정의되는 것인, 저 마찰 장착 요소
    를 포함하며,
    외부 객체에 의해 상기 클램핑 요소에 인가되는 힘은 상기 클램핑 요소가 상기 장착 요소를 따라 방향을 바꾸게 할 것인, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는 스트랜드-중심 감지 요소를 더 포함하고, 상기 스트랜드-중심 감지 요소는 상기 클램핑 요소의 위치에 대한 상기 스트랜드의 위치를 검출하는, 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 장착 요소는, 선형 베어링들 또는 선형 레일들 상에 장착된 아암들의 쌍을 포함하는 x-y 테이블을 포함하는, 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 아암들의 쌍의 움직임을 제어하기 위한 모터를 더 포함하는, 장치.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 장착 요소는 잠금 메커니즘을 더 포함하되, 상기 잠금 메커니즘이 분리될 때 상기 클램핑 요소는 상기 장착 요소 상에서 자유롭게 움직일 수 있고, 상기 잠금 메커니즘이 체결될 때 상기 클램핑 요소는 위치가 고정되는, 장치.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 그리퍼 디바이스는, 상기 스트랜드를 클램핑하는 상기 클램핑 요소에서 기인하는 반력을 감지하기 위한 힘 측정 디바이스를 더 포함하는, 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 힘 측정 디바이스는 부하 전지를 포함하는, 장치.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서, 알려진 인발축으로부터의 상기 스트랜드의 변위에 기초하여 상기 스트랜드의 만곡이 스트랜드 위치 센서들로부터 추론될 수 있는 상기 스트랜드 위치 센서를 더 포함하는, 장치.
  9. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 그리퍼 디바이스와 유사한 하나 이상의 추가 그리퍼 디바이스를 더 포함하는, 장치.
  10. 완만하게 만곡된 가늘고 긴 유리 부품을 제조하는 방법에 있어서,
    벌크 유리 구성재를 가열하여 스트랜드를 성형하는 단계;
    상기 스트랜드의 중심을 결정하는 단계;
    그리퍼 디바이스의 클램핑 요소를 상기 스트랜드의 중심과 정렬시키는 단계로서, 상기 그리퍼 디바이스는, 상기 클램핑 요소의 병진 이동을 x-y 평면 내의 어느 위치로도 가능하게 하고 상기 클램핑 요소에 부착되는 저 마찰 장착 요소를 더 포함하고, z 방향은 상기 스트랜드가 인발되는 방향으로 정의되는 것인, 단계;
    상기 클램핑 요소를 상기 스트랜드와 접촉시키는 단계로서, 상기 스트랜드의 위치는 오정렬 발생 시 상기 클램핑 요소가 상기 스트랜드에 클램핑함으로써 어긋나지 않는 것인 단계; 및
    상기 스트랜드를 늘이기 위해 상기 그리퍼 디바이스를 상기 벌크 유리 구성재에서 선형 하향 방향으로 이동시는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 그리퍼 디바이스는 상기 스트랜드의 중심을 결정하기 위한 센서를 더 포함하는, 방법.
  12. 청구항 10 또는 11에 있어서, 상기 장착 요소는, 선형 베어링들 또는 선형 레일들 상에 장착된 아암들의 쌍을 포함하는 x-y 테이블을 포함하는, 방법.
  13. 청구항 10 또는 11에 있어서, 상기 그리퍼 디바이스가 상기 스트랜드에 부착된 후 상기 클램핑 요소를 상기 장착 요소 상의 위치에 고정시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 청구항 10 또는 11에 있어서, 오정렬을 검출하기 위해 상기 그리퍼 디바이스를 상기 스트랜드에 부착하면서 상기 그리퍼 디바이스 및 상기 스트랜드 간 반력을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 반력은 상기 그리퍼 디바이스에 장착된 부하 전지에 의해 측정되는, 방법.
  16. 청구항 10 또는 11에 있어서,
    상기 스트랜드의 만곡의 양을 측정하는 단계; 및
    상기 스트랜드의 만곡의 양을 감소시키기 위해 상기 장착 요소 상의 상기 스트랜드에 부착된 상기 클램핑 요소를 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 가열 요소에서 벌크 유리 구성재로부터 인발되는 가늘고 긴 유리 부품의 만곡을 바로잡는 방법에 있어서,
    그리퍼 디바이스를 스트랜드에 부착시키는 단계로서, 상기 그리퍼 디바이스는 클램핑 요소, 및 상기 클램핑 요소의 병진 이동을 x-y 평면 내의 어느 위치로도 가능하게 하고 상기 클램핑 요소에 부착되는 장착 요소를 포함하고, z 방향은 상기 스트랜드가 인발되는 방향으로 정의되는 것인, 단계;
    상기 스트랜드의 횡 가속도의 양을 측정하는 단계; 및
    상기 스트랜드의 만곡의 양을 감소시키기 위해 상기 장착 요소 상의 상기 스트랜드에 부착된 상기 클램핑 요소를 상기 횡 가속도의 반대 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 스트랜드의 횡 가속도의 양을 측정하는 단계는, 시간이 흐르면서 다수의 지점에서의 상기 스트랜드의 횡방향 변위를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 스트랜드의 상기 횡방향 변위를 결정하는 단계는 레이저, LED 또는 카메라 게이지들을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 레이저, LED 또는 카메라 게이지들은 상기 가열 요소에 또는 상기 가열 요소의 바로 아래에 위치되는, 방법.
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