ガラス製造プロセスに用いるためのプルロール及びその作製方法
【課題】欠陥及びクラック発生が減じられたガラスリボンの形成に用いるためのプルロールを提供する。
【解決手段】一実施形態において、プルロール200はシャフト部材204及び集成ロール202を備えることができる。集成ロール202はシャフト部材204上に配置されてシャフト部材204とともに回転することができる。集成ロール202は雲母板のような無機材料で形成されたリング素子220の軸方向圧縮スタックを有することができる。雲母板は相互に実質的に平行に配位された小雲母片の重ね合わせ層を有することができる。集成ロール202の接触面は約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することができる。
【解決手段】一実施形態において、プルロール200はシャフト部材204及び集成ロール202を備えることができる。集成ロール202はシャフト部材204上に配置されてシャフト部材204とともに回転することができる。集成ロール202は雲母板のような無機材料で形成されたリング素子220の軸方向圧縮スタックを有することができる。雲母板は相互に実質的に平行に配位された小雲母片の重ね合わせ層を有することができる。集成ロール202の接触面は約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、全般的に、ガラス製造プロセスにおけるシートガラスの製造に用いるためのプルロールに関する。
【背景技術】
【0002】
プルロールは、シートガラスの製造において、個々のシートガラスが形成されるガラスのリボンまたはウエブに垂直方向の引張力を印加するために用いられる。プルロールによってガラスに印加される引張力の大きさは、特許文献1及び2に説明されるような、オーバーフローダウンドローフュージョンプロセス、または同様のプロセスにおけるように、溶融ガラスからガラスが板引きされる間にガラスの公称厚さを制御するために用いられる。主プルロールに加えて、リボンドロープロセスにおいて、リボンの移動を安定化させるためまたはガラスリボンにかけて水平方向の張力を発生させるため、別のロールが用いられることがある。総称してプルロールと称されるが、これらのロールは、移動しているガラスリボンと接触することでロールが回転するように、駆動モーター無しで動作できることがある。駆動されるかまたは自由回転するかに関わらず、ドロープロセスの間にリボンに接触するロールはプルロールと称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第3338696号明細書
【特許文献2】米国特許第3682609号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
プルロールは一般にガラスウエブの外縁において、通常はガラスリボンの直縁に形成される厚化ビードの直ぐ内側の領域で、ガラスウエブに接触するように構成される。ロール機能の重要な態様は、プロセスの停止及び再開の原因になり得るリボンのクラック発生を回避することである。プルロールはガラスリボンの表面に直に接触しているから、プルロールとの接触によりガラスの表面に損傷が発生する。さらに、混入ガラス粒子がプルロールの表面に喰い込むことができ、この結果、プルロールがガラスに接触するとガラスにさらに損傷が生じてしまう。
【0005】
したがって、代わりのプルロール構造が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書に説明される実施形態は、ガラスリボンにおける欠陥及びクラックの発生を減じる、溶融ガラスからガラスリボンを板引きするためのプルロールに関する。
【0007】
一実施形態にしたがえば、欠陥及びクラック発生が減じられたガラスリボンの作製に用いるためのプルロールはシャフト部材及び集成ロールを備えることができる。集成ロールはシャフト部材上に配置されてシャフト部材とともに回転することができる。集成ロールは雲母板で形成されたリング素子の軸方向圧縮スタックを有することができる。雲母板は、相互に実質的に平行に配位された小雲母片の重ね合わせ層を有することができる。集成ロールの接触面は約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することができる。
【0008】
別の実施形態において、欠陥が減じられたガラスリボンの作製に用いるためのプルロールはシャフト部材及び集成ロールを備えることができる。集成ロールはシャフト部材上に配置されてシャフト部材とともに回転することができる。集成ロールは無機材料で形成されたリング素子の軸方向圧縮スタックを有することができる。集成ロールのコア領域はクラッド層領域の接触面のショアーD硬度より高いショアーD硬度を有することができる。集成ロールの接触面は約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することができる。
【0009】
また別の実施形態において、欠陥が減じられたガラスリボンの作製に用いるためのプルロールはシャフト部材及び集成ロールを備えることができる。第1の複数のリング素子を有することができ、第1の複数のリング素子のそれぞれは第1の外径を有する。集成ロールは第2の複数のリング素子を有することができる。第2の複数のリング素子のそれぞれは、第1の外形より小さい第2の外径を有することができる。第1の複数のリング素子は、集成ロールを形成するため、シャフト部材上に第2の複数のリング素子と分散配置することができる。第1の複数のリング素子及び第2の複数のリング素子は雲母板で形成することができる。集成ロールの接触面は約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することができる。
【0010】
本開示のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を含み、添付図面も含む、本明細書に説明される実施形態を実施することによって認められるであろう。
【0011】
上記の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の本質及び特質の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1A】図1Aは、本明細書に示され、説明される1つ以上の実施形態にしたがう、溶融ガラスからガラスリボンを形成するための装置を簡略に示す。
【図1B】図1Bはガラスリボンの板引きに用いるための板引きアセンブリの断面を簡略に示す。
【図2】図2は、本明細書に示され、説明される1つ以上の実施形態にしたがう、ガラスリボンを板引きするためのプルロールを簡略に示す。
【図3】図3は、本明細書に示され、説明される1つ以上の実施形態にしたがう、雲母板で形成されたリング素子を簡略に示す。
【図4A】図4Aは、シャフト上にリング素子を重ねることによる、プルロールの形成方法を簡略に示す。
【図4B】図4Bは、シャフト上に直径の異なるリング素子を重ねることによる、プルロールの形成方法を簡略に示す。
【図4C】図4Cは圧縮された状態にある図4Bのプルロールの一部を簡略に示す。
【図5】図5は様々な単位分散配置パターンで形成されたプルロールについてショアーD硬度(y軸)をクラッド層実体積分率(x軸)の関数としてグラフで示す。
【図6】図6は、径方向厚さが様々なクラッド層を有するプルロールについて、ショアーD硬度(y軸)をグラフで示す。
【図7】図7は様々な強さで圧縮されたプルロールについてショアーD硬度(y軸)を実体積分率の関数としてグラフで示す。
【図8】図8は様々な圧縮力で圧縮されたプルロールについてショアーD硬度(y軸)をクラッド層の実体積分率の関数としてグラフで示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
ガラスシートの製造に用いるためのプルロール並びにプルロールを作製及び使用するための方法の様々な実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、全図面にわたり同じ参照数字が同じかまたは同様の要素を指すために用いられる。プルロールの一実施形態が図2に簡略に示される。プルロールは一般に、約10ショアーDから約60ショアーDの範囲内のショアーD硬度を有する集成ロールを得るために重ねられて圧縮される、雲母板のような、無機材料で形成された複数のリング素子を有する。いくつかの実施形態において、プルロールの集成ロールはクラッド層領域で囲まれたコア領域を有することができ、コア領域は集成ロールの接触面のショアーD硬度より大きいショアーD硬度を有する。プルロール並びにプルロールを形成及び使用するための方法は本明細書において添付図面を参照してさらに詳細に説明される。
【0014】
ガラスシート材料は一般に、ガラスバッチ材料を融解させて溶融ガラスを形成し、溶融ガラスをガラスリボンにすることによって形成することができる。プロセスの例には、フロートガラスプロセス、スロットドロープロセス及びフージョンダウンドロープロセスがある。これらのプロセスのそれぞれにおいて、1つ以上のプルロールを、ガラスに接触し、ガラスを下流方向に搬送するために利用することができる。
【0015】
例として図1Aを参照すれば、溶融ガラスからガラスリボンを形成するための一例のガラス製造装置100が簡略に示される。ガラス製造装置100は、融解槽101,清澄化槽103,混合槽104,送出槽108及びフュージョンドロー機(FDM)120を備える。ガラスバッチ材料が矢印102で示されるように融解槽101に投入される。バッチ材料は融解されて溶融材料106になる。清澄化槽103は、融解槽101から溶融ガラス106を受け取り、溶融ガラス106から気泡が除去される、高温処理領域を有する。清澄化槽103は連結管105により混合槽104に流通可能態様で結合される。すなわち、清澄化槽103から混合槽104に流れる溶融ガラスは連結管105を流過する。混合槽105は、続いて、連結管107により送出槽108に流通可能態様で結合され、よって、混合槽104から送出槽108に流れる溶融ガラスは連結管107を流過する。
【0016】
送出槽108はダウンカマー109を通して溶融ガラス106をFDM120に供給する。FDM120は、インレット110,形成槽111及び少なくとも1つのドローアセンブリ150が配置された、外囲122を備える。図1Aに示されるように、ダウンカマー109からの溶融ガラス106は、形成槽111に通じるインレット110に流入する。形成槽111は溶融ガラス106を受け取る開口112を有し、溶融ガラス106は、トラフ113に流入し、次いで溢流して2つの収斂側面114a及び114bを流過してから、2つの側面が会合する、ルートで融合し、その後、ドローアセンブリ150により接触され、下流方向151に引かれて、連続ガラスリボン148になる。
【0017】
ガラスリボンを形成するためにフージョンドロー機を利用する装置とともに用いられるとしてプルロール200を説明したが、ガラスバッチ材料が融解されて溶融ガラスになり、次いで溶融ガラスがガラスリボンに形成される、同様のプロセスとともにプルロールが用いられ得ることは当然である。限定ではなく、例として、本明細書に説明されるプルロールは、アップドロープロセス、スロットドロープロセス、フロートドロープロセス及びその他の同様のプロセスとともに、用いることもできる。
【0018】
図1Bを参照すれば、ドローアセンブリ150の断面が簡略に示される。図1Bに示されるように、ドローアセンブリ150は一般に、両側でガラスリボン148に接する、一対の対向プルロール200を有する。プルロール200は動力を備えることができ(すなわち、プルロール200は能動的に回転し、したがってガラスリボン148を下流方向151に送る駆動力を与える)、あるいは受動的(すなわち、プルロール200はガラスリボン148に接し、ガラスリボンが他のプルロールによって下流方向151に引かれている間、ガラスリボンを安定化する)とすることができる。
【0019】
プルロール200は所望の最終厚までガラスリボン148を薄くするための駆動力をかける。プルロール200に印加される狭窄力は、プルロール200とガラスリボン148の間の接触による表面損傷を生じさせ得る。特に、プルロールの接触面とガラスリボンの表面の間に捕らえられてしまう、ガラス形成プロセスから凝集する(普通、混入ガラスと称される)ガラス粒子及び/またはその他の屑も、屑がガラスリボンの表面に当たると、重大の表面損傷またはクラック発生を生じさせ得る。例えば、混入ガラス及び/または屑はプルロールの表面に喰い込み、この結果、プルロールがガラスに接するとガラスリボンに損傷が生じる。詳しくは、混入ガラスがプルロールによってガラスリボンの表面に突き当てられると、屑は、ガラスの破損及び破壊をおこさせ得る、狭窄力の局所応力集中及び非常に高い点負荷応力を生じさせる。狭窄力が大きくなるほどガラスリボンの破壊閾強度が低くなり、クラック発生(いわゆる「ひび割れ」)によるガラスリボンの破壊傾向を強めることができる発生内部応力も大きくなり、ひいては、ガラスのリボンが装置に再度通されるからプロセスダウンタイムを発生させる。狭窄力によって生じる破壊へのガラスリボンの感度はガラスリボンの厚さに依存し、ガラスリボンが薄くなるほど、高狭窄力による損傷及び/または破壊を受け易くなる。
【0020】
本明細書に説明されるプルロールの実施形態は屑及びその他の粒状物質を封じ込むことができ、よってプルロールで板引きされるガラスリボンにおける欠陥の形成及びひび割れを軽減することができる。
【0021】
図2を次に参照すれば、欠陥が低減されたガラスリボンの板引きに用いるための一例のプルロール200が簡略に示される。プルロール200は一般にシャフト部材204上に配置された集成ロール202を備える。集成ロール202は個別リング素子220の圧縮スタックで形成される。本明細書に説明される実施形態において、それぞれのリング素子220は単層雲母板のような無機材料、または高温での使用に適する他の無機材料(すなわち、セラミック材料、金属合金等)で形成される。リング素子220はシャフト部材204上で軸方向に重ねられ、圧縮されて、集成ロール202を形成する。集成ロール202内のリング素子220の数は、集成ロール202の所望の寸法、リング素子202の厚さ及びリールアセンブリ202の接触面の所望の機械的特性(すなわち硬度)に依存して変わり得る。
【0022】
一実施形態例において、集成ロールは雲母板で形成することができる。リング素子を形成することができる雲母板は一般に、相互に実質的に平行に配位され、ファンデルワールス力、静電気力、焼結、等によって結合された、小雲母片の重ね合わせ層からなる。この小雲母片の構成により、形成された雲母板の最大の安定性が得られる。少なくとも1つの実施形態において、雲母板は結合剤を添加せずに、あるいは小雲母片が埋め込まれるその他の材料マトリックスを用いずに、形成される。雲母板内の小雲母片は一般に高アスペクト比(すなわち、平均厚さに対する平均径の比)を有し、極めて薄い片に剥離されている。例えば、いくつかの実施形態において、雲母板に含まれる小雲母片は、約50より高く、さらには約60より高いアスペクト比を有することができる。別の実施形態において、小雲母片は約75より高く、さらには約80より高いアスペクト比を有することができる。例えば、いくつかの実施形態において、小雲母片のアスペクト比は約50から約150の範囲にあることができる。理論に束縛されるつもりはないが、相互に平行に配位された高アスペクト比小雲母片は、一般に、集成ロール202の機械的強度、形状寸法安定性及び耐水性を向上させると考えられる。詳しくは、小雲母片間の界面摩擦が、使用中の抜け落ちに対する小雲母片の抵抗力を向上させ、よって、集成ロールの耐水性を向上させ、プルロールで板引きされているガラスリボンにおける欠陥の発生を減じると考えられる。
【0023】
本明細書に説明されるいくつかの実施形態において、雲母板は、雲母板が安定でいられる温度範囲を広くするため、金雲母の小雲母板で形成することができる。例えば、雲母板は、インド国のChhapetia Mica Products,ベルギー国のCogebi Group,米国のCorona Films,中国のClory Mica Co. Ltd.,インド国のRuby Mica Co. Ltd.から市販されている、金雲母板または白雲母板とすることができる。いくつかの実施形態において、この雲母板は結合材料を有していない雲母板とすることができる。しかし、別のタイプの小雲母片で形成された雲母板及び/または結合剤を有する雲母板を含む、別のタイプの雲母板が用いられ得ることは当然である。例えば、他の適するタイプの雲母板には、(金雲母より熱的に安定である)フッ素金雲母で形成された雲母板または白雲母で形成された雲母板を含めることができるが、これらには限定されない。
【0024】
図2を再び参照すれば、リング素子220を形成するために様々な厚さの雲母板を用いることができる。例えば、いくつかの実施形態において、リング素子は約100μmより厚い無圧縮厚を有することができる。圧縮後、リング素子220は約100μm以下の圧縮厚を有することができる。しかし、より厚いかまたはより薄い圧縮厚を有する雲母板も用いられ得ることは当然である。
【0025】
上で指定したような圧縮厚を有するリング素子220により、所望の機械的特性を有し、ガラス板引きプロセス中に遭遇する屑(すなわち、ガラス粒子等)によって生じる接触面への損傷に耐えることができ、及び/またはそのような損傷を軽減することができる、能力も有する、集成ロール202の形成が容易になる。特に、比較的薄いリング素子220(すなわち、圧縮厚が約200μm以下のリング素子)で集成ロール202を形成することにより、接触面208上につけられた屑またはその他の粒状物質を、集成ロール202がガラスリボンに接触するときに屑によってガラスリボンの表面上に形成されるきずを最小限に抑えるかまたはガラスリボンの表面を損傷させないように、隣接するリング素子間及び/または単リング素子内の小雲母片間に封じ込めることが可能になる。
【0026】
いくつかの実施形態においてはリング素子220に用いられる雲母板が結合材料無しで形成されているとして説明したが、別の実施形態においては、リング素子220の機械的安定性を向上させるために雲母板が結合材料を含有し得ることは当然である。例えば、いくつかの実施形態において、小雲母片をさらに強く結合させ得るフィラー材料を雲母板に含浸させることができる。フィラー材料は、有機材、半有機材または無機材とすることができる。フィラー材料が有機材である場合は、フィラー材を熱分解または化学的プロセス(すなわち溶解)によって雲母板から除去することができる。いくつかの実施形態において、フィラー材は、例えば、雲母板の柔軟性を有意に減じることなく雲母板の機械的安定性を向上させる、シリコーンまたはその他の高分子樹脂とすることができる。一般に、フィラー材は雲母板の密度及び雲母板の硬度のいずれをも高める。
【0027】
図3を参照すれば、特定の実施形態の1つにおいて、リング素子220は、リング素子の密度が径方向に低下するようにフィラー材で含浸される。例えば、一実施形態において、リング素子220の外周221近傍のリング素子の密度を中心環孔222直近のリング素子220の密度より低くすることができる。したがって、リング素子の密度が、矢印224で示されるように、径方向に内側に向かって高くなることは当然である。そのようなリング素子で構成されたプルロールは一般に、プルロールの接触面において低く、径方向に内側にシャフト部材に向かって高くなる、密度を有するであろう。プルロールの中心における高められた密度により、プルロールのシャフト上でのプルロールのスリップまたは回転が防止され、接触面における低められた密度により比較的軟質な接触面(すなわち、ショアーD硬度がロールの中心より小さい接触面)を有するプル集成ロールが得られる。
【0028】
一実施形態例においてリング素子220は雲母板で形成されているとして説明されるが、別の実施形態において、リング素子220が、セラミック材料、元素金属、金属合金等を含むが、これらには限定されない、別の無機材料で形成され得ることは当然である。
【0029】
図3をここで参照すれば、上述した雲母板のような、無機材料は初めに、プルロールの集成ロールの形成に用いるため、複数のリング素子220(その1つが図3に示される)に形成される。一実施形態において、上述したように、リング素子の機械的強度を向上させるため、リング素子220にフィラー材を含浸させることができる。本明細書に説明される実施形態において、それぞれのリング素子220はプルロール200のシャフト部材204上のリング素子220の配置を容易にするため、中心環孔220を有して形成される。中心環孔222は円形として図3に示されるが、環孔が別の幾何形状を有し得ることは当然である。例えば、断面が六角形のシャフト部材上にリング素子220が装着される場合、シャフト上のリング素子220の回転を防止するため、環孔222も六角形とすることができる。リング素子220は、必要に応じて、図3に示されるようにキー溝225を有して形成され得る。そのような実施形態において、キー溝は、シャフト部材上のリング素子220の回転を防止するため、シャフト部材上に形成された対応するキーと嵌合する。一実施形態において、環孔222及び必要に応じるキー溝225は打抜き工程で形成することができる。
【0030】
リング素子をシャフト部材上に集成する前に、以降の高温における使用中の硬化を先制するためにリング素子220をか焼するため、リング素子を予備焼成することができる。一実施形態において、リング素子は、リング素子を重ね、か焼に適する加熱スケジュールにしたがってリング素子を加熱することによって予備焼成される。例えば、リング素子は、2℃/分のランプレートで約700℃の最高温度まで加熱し、この最高温度に約6時間保持することができる。別の実施形態において、リング素子はリング素子の組立及び圧縮に続いてか焼することができる。
【0031】
リング素子は、混入ガラス粒子またはその他の屑のような粒子によって生じるきずが最小限に抑えられ、及び/またはそのような粒子がプルロールで板引きされるガラスリボンの表面に接触せず、よって欠陥及び/またはクラックの反復発生を低減するような、そのような粒子のロールの接触面への侵入を可能にするように、シャフト部材上で重ねられ、軸方向に圧縮される。プルロールの接触面の抗性(またはコンプライアンス)は、ショアージュロメーター測定法のような、通常の硬度測定法を用いて定量的に評価することができる。プルロールの硬度は一般にショアーDスケールにより、詳しくはASTM D2240にしたがって、測定される。ショアーD硬度測定に用いられる圧子は円錐形であり、したがって、接触面208のショアーD硬度測定値は一般に、隣接リング素子220間にまたは単リング素子内に粒子を封じ込めることができるロールアッセンブリの能力を示す。ショアーD値が小さくなるほど、ロールの接触面への粒子の侵入が容易になる。ショアーD値が小さくなるほど、集成ロールが封じ込め得る粒子が大きくなることも示す。
【0032】
本明細書に説明されるプルロール200の実施形態において、集成ロール202の接触面208は、ASTM D2240にしたがって測定して、約10以上、または約15以上で、約60以下のショアーD硬度を有する。これらの実施形態のいくつかにおいて、集成ロール202の接触面208は、ASTM D2240にしたがって測定して、約10以上で約50以下の、またはさらに約40以下の、ショアーD硬度を有する。また別の実施形態において、ショアーD硬度は、ASTM D2240にしたがって測定して、約10以上で約30以下である。
【0033】
図4Aを次に参照すれば、いくつかの実施形態において、プルロールは複数のリング素子220で形成され、それぞれのリング素子の直径はほぼ同じである。例えば、リング素子は、上述したように、雲母板で、あるいは適する他の無機材料で、形成される。少なくとも1つの実施形態において、リング素子は、上述したようにそれぞれのリング素子の密度が径方向に勾配をもつようにフィラー材が含浸された雲母板で形成される。この実施形態において、第1の保持リング206aがシャフト部材204上に配置され、シャフト部材204に形成された肩203に確実に固定される。第1の保持リング206aにより、以降の工程におけるシャフト部材204上のリング素子220の一様な圧縮が容易になる。しかし、保持リング無しでもプルロール200を形成できることは当然である。
【0034】
第1の保持リング206aがシャフト部材204上に配置された後、複数のリング素子220aを、リング素子がシャフト部材204上で軸方向に重ねられ、それぞれのリング素子の面が隣り合うリング素子及び/または保持リング206aの面と接するように、シャフト部材204上に配置することによって、集成ロール202が形成される。
【0035】
リング素子220が無圧縮状態でシャフト部材204上に配置される(すなわち、リング素子220は相互に接しているが、リング素子に圧縮力がかけられていない)ときは、リング素子がシャフト部材204上に相互に滑ることができ、よって集成ロールは所望の表面プロファイルを達成するに有効な形状をとることができない。さらに、無圧縮集成ロール202は一般にガラス製造プロセスにおける使用に適していない。したがって、集成ロール202は、集成ロール202の整形及びガラス製造プロセスにおける集成ロール202の使用のいずれをも容易にするため、圧縮されなければならない。
【0036】
集成ロール202は、矢印240で示される方向に、集成ロール202に締付け圧力を印加することによって圧縮される。例えば、シャフト部材204上のナット230を回してナット230及び保持リング206bを矢印240で示される方向に前進させることで締付け圧力を集成ロール202に印加することができ、よってナット230と肩203の間でリング素子220を軸方向に圧縮して、集成ロール202の硬度を高めることができる。リング素子にフィラー材が含浸される実施形態において、リング素子の密度はリング素子の中心から軸方向に低下し、集成ロール202の硬度はプルロールの中心から径方向に外側に向けて低下し、シャフトに直に接する第1の硬度を有する内側コア領域及びコア領域を囲む外側クラッド層領域が形成され、クラッド層領域はコア領域の硬度より低い第2の硬度を有する。しかし、リング素子がフィラー材無しで形成されている実施形態、あるいはフィラー材料がリング素子全体にわたって一様に分布してリング素子が形成されている実施形態において、集成ロールの硬度は集成ロール全体にわたって一様である。一般に、集成ロール202は初め、集成ロール202の接触面における所望の表面プロファイルの形成を容易にする第1のショアーD硬度を集成ロールが有するような第1の強さで圧縮される。
【0037】
図4B〜4Cを次に参照すれば、別の実施形態において、プルロール200の接触面の所望のショアーD硬度は、寸法が相異なるリング素子を用いて集成ロール202を形成することによって達成することができる。この実施形態において、それぞれが第1の直径を有する第1の複数のリング素子と、少なくとも1つの、第2の複数の、それぞれが第1の直径より小さい第2の直径を有するリング素子220bが集成ロールを構成するために用いられる。この実施形態において、第2の複数のリング素子220bは第1の複数のリング素子220aと同じ材料で、あるいは第1の複数のリング素子220aとは異なる材料で、形成することができる。例えば、第1の複数のリング素子220aが上述したように、雲母板で形成されている実施形態において、第2の複数のリング素子220bも雲母板で形成することができる。あるいは、ミルボード、セラミック材料、金属、高分子材等のような、雲母板以外の材料で第2の複数のリング素子220bを形成することができる。
【0038】
この実施形態のプルロール200を構成するため、第1の保持リング206aがシャフト部材204上に配置され、シャフト部材204に形成された肩203に確実に固定される。第1の保持リング206aにより、以降の工程におけるシャフト部材204上のリング素子220の一様圧縮が容易になる。しかし、保持リングを用いずにプルロール200を形成できることは当然である。
【0039】
一実施形態において、第1の保持リング206aがシャフト部材204上に配置された後、第1の複数のリング素子220a及び、少なくとも1つの、第2の複数のリング素子220bが、図4Bに示されるように、第2の直径を有するリング素子220bが第1の直径を有する第1のリング素子220aの間に配置されるように、交互する態様でシャフト部材240上に配置される。リング素子は、それぞれのリング素子の面が隣り合うリング素子及び/または第1の保持リング206aの面に接するように、シャフト部材204上に軸方向に重ねられる。シャフト部材204上に直径が相異なるリング素子を並べることにより、コア領域232及びコア領域232を囲むクラッド層領域234を有する集成ロール202が形成される。コア領域232の直径は第2の複数のリング素子220bの直径とほぼ同じであり、クラッド層領域234の直径は第1の複数のリング素子220aの直径とほぼ同じである。リング素子が(本明細書でさらに説明されるように)シャフト上で圧縮された後、集成ロール202のコア領域232は、クラッド層領域234の実体積分率fvclより大きい実体積分率fvcを有する。したがって、集成ロール202のクラッド層領域234のショアーD硬度がコア領域232のショアーD硬度より大きいことを示すことができる。さらに、直径が相異なるリング素子の使用により集成ロールのコア領域232の隣り合うリング素子間の摩擦力が向上し、よってリング素子は相互が滑ることはなく、しかも、クラッド層領域234はリング素子が圧縮された後も軟質でより柔順なままである。
【0040】
図4Bに示されるプルロール200の実施形態において、第1の複数のリング素子220a及び、少なくとも1つの、第2の複数のリング素子220bは交互パターン(すなわち、B-L,B-L…B-L;ここで「B」は第1のリング素子220aの1つであり、「L」は第2のリング素子220bの1つであって、B-Lはシャフト部材204の長さにわたって反復される単位分散配置パターンである)で配置される。しかし、別の重ねシーケンスを用いて、上記の交互型単位分散配置パターンとは異なる単位分散配置パターンを形成できることは当然である。例として、B-L-Lの単位分散配置パターンを用いることができる。しかし、異なる単位分散配置パターンを用い得ることは当然である。
【0041】
異なる単位分散配置パターンにより、硬度が異なるコンタクト面を有する集成ロールが得られる。例えば、単位分散配置パターンがB-Lの重ねシーケンスでは、単位分散配置パターンがB-L-Lの重ねシーケンスより高いショアーD硬度を有する集成ロール202が形成される。これは、B-L-L単位分散配置パターンによって、B-L単位分散配置パターンよりも密度が低い集成ロール202が形成されるからである。
【0042】
詳しくは、プルロールのコア領域及びクラッド層領域の実体積分率は、固体材料で占められている、コア領域またはクラッド層領域の体積の分率を表す。雲母板リング素子で形成されたプルロールの場合、実体積分率は、雲母結晶で占められている、コア領域またはクラッド層領域の体積の分率を表す。
【0043】
本明細書に説明される実施形態において、コア領域の実体積分率fvcは:
【数1】
【0044】
と定義される。ここで、mコア、Aコア及びtコアはそれぞれ、プルロールのコア領域が形成されるリング素子の質量、面積及び厚さであり、ρ面積は:
【数2】
【0045】
に等しいリング素子の面積密度であり、ρ結晶はリング素子が形成される材料の密度である。雲母板の場合、ρ結晶は2.9g/cm3である。
【0046】
第1の複数のリング素子が第2の複数のリング素子と同じ材料で形成され、同じ面積密度を有する場合、クラッド領域の実体積分率fvclは関係式:
【数3】
【0047】
にしたがってコア領域の実体積分率fvcに関係付けられる。ここで、nbは第1の複数のリング素子の数(すなわち直径が比較的大きいリング素子の数)であり、nlは第2の複数のリング素子の数(すなわち直径が比較的小さいリング素子の数)である。
【0048】
集成ロール202を作製するためにB-L単位分散配置パターンが用いられる場合、クラッド領域234のクラッド層実体積分率fvclは実体積分率fvcの0.5倍である。しかし、集成ロール202を作製するためにB-L-L単位分散配置パターンが用いられる場合、クラッド領域234の表面実体積分率fvclはコア実体積積分率fvcの0.33倍である。このことは、集成ロールに印加される圧縮強さが固定されている場合、B-L単位分散配置パターンで形成された集成ロールのクラッド領域がB-L-L単位分散配置パターンで形成された集成ロールのクラッド領域より大きい実体積分率を有することを示す。クラッド層領域の比較的低い実体積分率により、クラッド層領域のショアーD硬度は比較的低くなる。したがって、プルロールのクラッド層領域の硬度が第1の複数のリング素子及び第2の複数のリング素子のそれぞれのリング素子を、またリング素子に単位分散配置パターンの数も、多くするかまたは少なくすることで調節され得ることは当然である。
【0049】
本明細書に説明される実施形態において、コア実体積分率fvcは一般に0.60より大きく、クラッド層実体積分率fvclは一般に0.60以下である。
【0050】
さらに、プルロールの接触面のショアーD硬度は、第1の複数のリング素子220aの直径と、少なくとも1つの、第2の複数のリング素子220bの直径の差を大きくするかまたは小さくすることで変えることができる。例えば、第1の複数のリング素子220aの直径が第2の複数のリング素子220bの直径より50%大きい(すなわち、集成ロール202のクラッド層領域234が集成ロール202のコア領域より50%大きい直径を有する)場合、プルロールの接触面は、第1の複数のリング素子220aの直径が第2の複数のリング素子220bの直径より10%しか大きくはない(すなわち、集成ロール202のクラッド層領域234が集成ロール202のコア領域232より10%大きい直径を有する)場合よりも軟質になるであろう。したがって、集成ロール202の接触面のショアーD硬度は第1の複数のリング素子220a及び、少なくとも1つの、第2の複数のリング素子220bの相対直径を制御することで調節することができる。
【0051】
さらに、プルロールの接触面のショアーD硬度は、リング素子の厚さ及び集成ロールのコア領域を形成するための直径が異なるリング素子の使用を含むがこれらには限定されない、リング素子の他の特性によっても影響を受け得る。例えば、薄いリング素子が第1の複数のリング素子220aに用いられている場合、第1の複数のリング素子220aが厚いリング素子で形成されているプルロールに比較して、プルロールの接触面のショアーD硬度は低くなり得る。
【0052】
リング素子220a,220bが無圧縮状態でシャフト部材204上に配置されている(すなわち、リング素子220a,220bはリング素子が相互に接触するようにシャフト部材上に配置されているが、圧縮力はまだリング素子に印加されていない)場合、リング素子はシャフト部材204上で相互に滑ることができ、よって所望の表面プロファイルが得られるように集成ロールを有効に整形することはできない。さらに、無圧縮集成ロール202は一般にガラス製造プロセスでの使用には適していない。したがって、集成ロール202は、集成ロール202の整形及びガラス製造プロセスにおける集成ロール202の使用のいずれをも容易にするため、圧縮されなければならない。
【0053】
ここで図4Bをまだ参照すれば、集成ロール202は矢印240で示される方向に締付け圧力を集成ロール202に印加することによって圧縮される。例えば、締付け圧力はシャフト部材上のナット230を回してナット230及び第2の保持リング206bを矢印240で示される方向に前進させることで印加することができ、よってナット230と肩203の間でリング素子220a,220bを軸方向に圧縮することができる。リング素子220a,220bが圧縮されると、図4cに示される集成ロールの一部断面に簡略に示されるように、大きい直径を有するリング素子220aがリング素子220bを封じ込める。この実施形態において、集成ロール202の実体積分率は、集成ロール202のクラッド層領域234において隣り合うリング素子220aの間に設けられた余分の空間により、矢印227で示されるように、プルロールのコア領域の外径から径方向に外側に向けて減少する。一般に、集成ロール202にかけられる圧縮の強さは、ロールの接触面の機械加工中及びガラスリボンの板引きにおけるロールの使用中の、シャフト部材204上でのリング素子の滑りを防止するに十分である。シャフト部材上でリング素子を滑らせずにロールの接触面を機械加工するためにはロールの室温圧縮が重要であるが、高い動作温度におけるロールの圧縮も重要である。したがって、用いられるシャフト材料及びロール材料の熱膨張が、動作温度におけるシャフト部材上でのリング素子の回転をおこさせない十分な圧縮を保証するように低温圧縮を定めることが重要な要件である。
【0054】
図5は、様々な単位分散配置パターンを用いて雲母板で形成されたプルロールについての、ほぼ同じコア実体積分率に対する接触面のショアーD硬度(y軸)をクラッド層実体積分率(x軸)の関数としてグラフで示す。図5に示されるように、ショアーD硬度は、クラッド層実体積分率fvclの違いにより、単位分散配置パターンにしたがって変化する。詳しくは、図5は、リング素子の単位分散配置パターンを変えることで、表面硬度が10のショアーDから60のショアーDまでのプルロールが得られることを示す。したがって、直径が相異なるリング素子を用いることで、以前は知られていなかった広い範囲のショアーD硬度値をもつプルロールの形成が可能になり、さらに、低くは10にもなるショアーD硬度をもち、機械的に安定な(すなわち、リング素子がシャフト部材上で相互に滑らず、回転しない)プルロールの形成が可能になる。
【0055】
図4A及び4Bを参照すれば、集成ロールが適切に圧縮されると、集成ロールは、集成ロール202にプロファイルを与えるために、旋盤にかけられる。詳しくは、ガラスリボンへの接触及びガラスリボンの板引きを容易にするための様々なプロファイルをもつ、集成ロール202の接触面208を形成することができる。例えば、図2に示されるプルロール200の実施形態において、本明細書で以降プルフラット210と称される、凸環状領域をもつ集成ロール202が形成される。プルフラット210を1つだけ有する集成ロール202が示されるが、集成ロール202が1つより多くのプルフラットを有し得ることは当然である。あるいは、集成ロール202が円柱形である場合のように、プルフラットを全くもたない集成ロール202を形成することができる。さらに、プルロール200の接触面208が本明細書に示される、及び/または説明される、特定のプロファイルに限定されず、接触面208が他のプロファイルを有し得ることも当然である。
【0056】
集成ロール202に所望の表面プロファイルを与えるために様々な手法を用いることができる。例えば、一本バイトを用いて、またはグラインダーの使用により、集成ロール202を整形することができる。硬度値が低い集成ロールに対しては、グラインダーを用いる集成ロールへの所望の表面プロファイルの付与が一本バイトの使用より適している。
【0057】
いくつかの実施形態において、集成ロールへのプロファイル付与を容易にするために集成ロール202にかけられる圧縮の第1の強さは一般に、集成ロール202をガラスリボンの板引きに用いるに不適にするレベルまで集成ロールを硬くする。したがって、いくつかの実施形態において、集成ロールの圧縮を緩めてからでなければ、集成ロールをガラスリボンの板引きに用いることはできない。集成ロール202は、集成ロールのリング素子220に印加されている締付け力のいくらかを落とすことで圧縮が緩められる。例えば、本明細書に説明されるプルロールの実施形態においては、リング素子220を若干拡張させ、よって集成ロールの硬度を低めることを可能にする、あらかじめ定められた強さにナット230を緩めることができる。圧縮を緩めた後、集成ロール202は、プロファイル付与後の集成ロール202の第1のショアーD硬度より低い第2のショアーD硬度を有する。
【0058】
本明細書に説明されるプルロールは、ミルボード等のような、従来の材料で形成されたプルロールに対して向上した耐摩耗性も示す。詳しくは、雲母板で形成されたプルロールは、同様の条件下で動作させた、ミルボードで形成されたプルロールほど迅速には劣化しないことが分かった。したがって、本明細書に説明されるプルロールは従来のプルロールより長い実用寿命を有し、よってガラス製造コストを低減する。
【実施例】
【0059】
本開示の原理をさらに説明するため、以下の実施例が述べられる。実施例は純粋に本開示の説明であることが目的とされ、添付される特許請求の範囲の限定は目的とされていない。数値(例えば、強さ、温度、等)に関して確度を保証するために努力した。しかし、いくらかの誤差及び偏差は生じ得る。
【0060】
実施例1
直径が1.5インチ(3.81cm)及び2.2インチ(5.588cm)の雲母板リング素子で4つのプルロール(試料A〜D)を構成した。雲母板リング素子内の雲母の結晶密度は、ほぼ2.9g/cm3であった。雲母板リング素子を、2℃/分のランプレートで約700℃の最高温度まで加熱し、この最高温度に約6時間保持して、予備焼成した。予備焼成工程後の、リング素子の面積密度はほぼ1.058g/平方インチ(0.1640g/cm2)であった。直径がほぼ0.78インチ(ほぼ1.905cm)のシャフト部材上にリング素子を集成し、表Aに示されるコア実体積分率まで圧縮した。それぞれのプルロールには別々の単位分散配置パターンを用いた。コア実体積分率に加えて、表Aにはそれぞれのプルロールに対する単位分散配置パターンも、またクラッド層実体積分率の計算値及びプルロールの接触面のショアーD硬度の計算値も挙げてある。図5はショアーD硬度をクラッド層実体積分率の関数としてグラフで示す。図5はプルロールの接触面のショアーD硬度がクラッド層実体積分率fvclとともに高くなることを示す。
【表1】
【0061】
実施例2
大径雲母板及び小径雲母板で3つのプルロール(試料E〜G)を構成した。それぞれの試料において大径リング素子の直径は2.2インチ(5.588cm)とした。試料Eの小径リング素子の直径も2.2インチ(5.588cm)とし、よってクラッド層領域とコア領域は同じ直径を有する(すなわち、Dcl−Dc=0である)。試料Fの小径リング素子の直径は2.0インチ(5.08cm)とし、よってコア領域の直径はクラッド領域の直径より0.2インチ(0.508cm)小さくなり、クラッド層領域の径方向厚さは0.1インチ(0.254cm)になった。試料Gの小径リングの直径は1.5インチ(3.81cm)とし、よってコア領域の直径はクラッド層の直径より0.7インチ(1.778cm)小さくなり、クラッド層領域の径方向厚さは0.35インチ(0.889cm)になった。雲母板リング素子内の雲母の結晶密度はほぼ2.9g/cm3であった。リング素子を、2℃/分のランプレートで約700℃の最高温度まで加熱し、この最高温度に約6時間保持して、予備焼成した。予備焼成工程後の、リング素子の面積密度はほぼ1.058g/平方インチ(0.1640g/cm2)であった。直径がほぼ0.78インチ(ほぼ1.905cm)のシャフト部材上にリング素子を集成し、表Bに示されるコア実体積分率まで圧縮した。それぞれのプルロールに対する単位分散配置パターンはB-B-Lとした。下の表Bには、それぞれのプルロールに対するクラッド層領域の径方向厚さを、またコア領域及びクラッド層領域の実体積分率の計算値並びにプルロールの接触面のショアーD硬度の測定値も、挙げてある。図6は、直径が同じプルロールについて、クラッド層の径方向厚さが大きくなるにつれてプルロールの接触面のショアーD硬度が低くなることを示す。
【表2】
【0062】
実施例3
直径が2.2インチ(5.588cm)及び1.5インチ(3.81cm)の雲母板リング素子で6つのプルロール(試料H〜M)を構成した。雲母板リング素子の雲母の結晶密度はほぼ2.9g/cm3であった。リング素子を、2℃/分のランプレートで約700℃の最高温度まで加熱し、この最高温度に約6時間保持して、予備焼成した。予備焼成工程後の、リング素子の面積密度はほぼ0.0976g/平方インチ(0.0151g/cm2)であった。直径がほぼ0.75インチ(ほぼ1.905cm)のシャフト部材上にリング素子を集成し、圧縮した。それぞれのプルロールを相異なる強さの圧縮力で圧縮して、表Cに挙げられるコア密度を得た。単位分散配置パターンB-B-L-B-Lをそれぞれのプルロールに用いた。下の表Cには、ロールのディスク数で除したロールの圧縮長さである、長さ/数を挙げてある。表Cには、コア密度、クラッド層密度、クラッド層実体積分率の計算値、及びプルロールの接触面のショアーD硬度の測定値も挙げてある。表Cのデータは一般に、プルロールの硬度が、プルロールの長さの減少によって決定した、集成ロールのリング素子の圧縮量にともなって高くなったことを示す。図7はショアーD硬度をクラッド層実体積分率の関数として示す。図7は、プルロールの接触面のショアーD硬度が、リング素子の圧縮量にともなって大きくなる、クラッド層の実体積分率の増大にともなって高くなったことを示す。
【表3】
【0063】
実施例4
直径が5.125インチ(13.02cm)及び4.6インチ(11.68cm)の雲母板リング素子で6つのプルロール(試料N〜S)を構成した。雲母板リング素子の雲母の結晶密度はほぼ2.9g/cm3であった。この雲母板リング素子には予備焼成を行わなかった。リング素子の面積密度はほぼ0.0976g/平方インチ(0.0151g/cm2)から0.1143g/平方インチ(0.0177g/cm2)であった。直径がほぼ0.75インチ(ほぼ1.905cm)のシャフト部材上にリング素子を集成し、圧縮した。それぞれのプルロールを相異なる強さの圧縮力で圧縮した。それぞれのプルロールに対して単位分散配置パターンB-B-L-B-Lを用いた。下の表Dには、それぞれのプルロールに対して用いた圧縮力、コア密度、クラッド層密度、クラッド層実体積分率の計算値、及びプルロールの接触面のショアーD硬度の測定値を挙げてある。表Dのデータは一般に、プルロールの硬度が印加圧力にともなって増大することを示す。図8はショアーD硬度をクラッド層実体積分率の関数としてグラフで示す。図8は、プルロールの接触面のショアーD硬度が、リング素子に印加される圧縮力の強さにともなって大きくなる、クラッド層の実体積分率の増大にともなって高くなったことを示す。
【表4】
【0064】
上述に基づけば、本明細書に説明されるプルロールがガラスリボンを製造するためのガラス製造装置とともに用いられ得ることが今では当然である。本明細書に説明されるプルロールは、ミルボードのような、繊維質材料で形成されたプルロールより耐摩耗性が高いから、本明細書に説明されるプルロールにより、欠陥が減じられたガラス基板の形成が容易になる。さらに、小雲母片の大径及び高アスペクト比並びに雲母板内の小雲母片間の摩擦力により、使用中の小雲母片の抜け落ちの発生が低減され、この結果、ガラス基板の表面における欠陥の発生が減じ、プルロールの実用寿命が長くなる。
【0065】
さらに、本明細書に指定される硬度値をもつプルロールにより、プルロールの表面に落ち込む屑またはその他の粒状物質のプルロールによる封じ込めが可能になり、よってガラスリボンにおける欠陥の形成がさらに減じられる。
【0066】
特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく本明細書に説明される実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明される実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項またはその等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【0067】
100 ガラス製造装置
120 フュージョンドロー機(FDM)
148 ガラスリボン
150 ドローアセンブリ
200 プルロール
202 集成ロール
203 肩
204 シャフト部材
206a,206b 保持リング
208 接触面
220,220a,220b リング素子
222 中心環孔
225 キー溝
230 ナット
【技術分野】
【0001】
本明細書は、全般的に、ガラス製造プロセスにおけるシートガラスの製造に用いるためのプルロールに関する。
【背景技術】
【0002】
プルロールは、シートガラスの製造において、個々のシートガラスが形成されるガラスのリボンまたはウエブに垂直方向の引張力を印加するために用いられる。プルロールによってガラスに印加される引張力の大きさは、特許文献1及び2に説明されるような、オーバーフローダウンドローフュージョンプロセス、または同様のプロセスにおけるように、溶融ガラスからガラスが板引きされる間にガラスの公称厚さを制御するために用いられる。主プルロールに加えて、リボンドロープロセスにおいて、リボンの移動を安定化させるためまたはガラスリボンにかけて水平方向の張力を発生させるため、別のロールが用いられることがある。総称してプルロールと称されるが、これらのロールは、移動しているガラスリボンと接触することでロールが回転するように、駆動モーター無しで動作できることがある。駆動されるかまたは自由回転するかに関わらず、ドロープロセスの間にリボンに接触するロールはプルロールと称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第3338696号明細書
【特許文献2】米国特許第3682609号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
プルロールは一般にガラスウエブの外縁において、通常はガラスリボンの直縁に形成される厚化ビードの直ぐ内側の領域で、ガラスウエブに接触するように構成される。ロール機能の重要な態様は、プロセスの停止及び再開の原因になり得るリボンのクラック発生を回避することである。プルロールはガラスリボンの表面に直に接触しているから、プルロールとの接触によりガラスの表面に損傷が発生する。さらに、混入ガラス粒子がプルロールの表面に喰い込むことができ、この結果、プルロールがガラスに接触するとガラスにさらに損傷が生じてしまう。
【0005】
したがって、代わりのプルロール構造が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書に説明される実施形態は、ガラスリボンにおける欠陥及びクラックの発生を減じる、溶融ガラスからガラスリボンを板引きするためのプルロールに関する。
【0007】
一実施形態にしたがえば、欠陥及びクラック発生が減じられたガラスリボンの作製に用いるためのプルロールはシャフト部材及び集成ロールを備えることができる。集成ロールはシャフト部材上に配置されてシャフト部材とともに回転することができる。集成ロールは雲母板で形成されたリング素子の軸方向圧縮スタックを有することができる。雲母板は、相互に実質的に平行に配位された小雲母片の重ね合わせ層を有することができる。集成ロールの接触面は約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することができる。
【0008】
別の実施形態において、欠陥が減じられたガラスリボンの作製に用いるためのプルロールはシャフト部材及び集成ロールを備えることができる。集成ロールはシャフト部材上に配置されてシャフト部材とともに回転することができる。集成ロールは無機材料で形成されたリング素子の軸方向圧縮スタックを有することができる。集成ロールのコア領域はクラッド層領域の接触面のショアーD硬度より高いショアーD硬度を有することができる。集成ロールの接触面は約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することができる。
【0009】
また別の実施形態において、欠陥が減じられたガラスリボンの作製に用いるためのプルロールはシャフト部材及び集成ロールを備えることができる。第1の複数のリング素子を有することができ、第1の複数のリング素子のそれぞれは第1の外径を有する。集成ロールは第2の複数のリング素子を有することができる。第2の複数のリング素子のそれぞれは、第1の外形より小さい第2の外径を有することができる。第1の複数のリング素子は、集成ロールを形成するため、シャフト部材上に第2の複数のリング素子と分散配置することができる。第1の複数のリング素子及び第2の複数のリング素子は雲母板で形成することができる。集成ロールの接触面は約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することができる。
【0010】
本開示のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を含み、添付図面も含む、本明細書に説明される実施形態を実施することによって認められるであろう。
【0011】
上記の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の本質及び特質の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1A】図1Aは、本明細書に示され、説明される1つ以上の実施形態にしたがう、溶融ガラスからガラスリボンを形成するための装置を簡略に示す。
【図1B】図1Bはガラスリボンの板引きに用いるための板引きアセンブリの断面を簡略に示す。
【図2】図2は、本明細書に示され、説明される1つ以上の実施形態にしたがう、ガラスリボンを板引きするためのプルロールを簡略に示す。
【図3】図3は、本明細書に示され、説明される1つ以上の実施形態にしたがう、雲母板で形成されたリング素子を簡略に示す。
【図4A】図4Aは、シャフト上にリング素子を重ねることによる、プルロールの形成方法を簡略に示す。
【図4B】図4Bは、シャフト上に直径の異なるリング素子を重ねることによる、プルロールの形成方法を簡略に示す。
【図4C】図4Cは圧縮された状態にある図4Bのプルロールの一部を簡略に示す。
【図5】図5は様々な単位分散配置パターンで形成されたプルロールについてショアーD硬度(y軸)をクラッド層実体積分率(x軸)の関数としてグラフで示す。
【図6】図6は、径方向厚さが様々なクラッド層を有するプルロールについて、ショアーD硬度(y軸)をグラフで示す。
【図7】図7は様々な強さで圧縮されたプルロールについてショアーD硬度(y軸)を実体積分率の関数としてグラフで示す。
【図8】図8は様々な圧縮力で圧縮されたプルロールについてショアーD硬度(y軸)をクラッド層の実体積分率の関数としてグラフで示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
ガラスシートの製造に用いるためのプルロール並びにプルロールを作製及び使用するための方法の様々な実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、全図面にわたり同じ参照数字が同じかまたは同様の要素を指すために用いられる。プルロールの一実施形態が図2に簡略に示される。プルロールは一般に、約10ショアーDから約60ショアーDの範囲内のショアーD硬度を有する集成ロールを得るために重ねられて圧縮される、雲母板のような、無機材料で形成された複数のリング素子を有する。いくつかの実施形態において、プルロールの集成ロールはクラッド層領域で囲まれたコア領域を有することができ、コア領域は集成ロールの接触面のショアーD硬度より大きいショアーD硬度を有する。プルロール並びにプルロールを形成及び使用するための方法は本明細書において添付図面を参照してさらに詳細に説明される。
【0014】
ガラスシート材料は一般に、ガラスバッチ材料を融解させて溶融ガラスを形成し、溶融ガラスをガラスリボンにすることによって形成することができる。プロセスの例には、フロートガラスプロセス、スロットドロープロセス及びフージョンダウンドロープロセスがある。これらのプロセスのそれぞれにおいて、1つ以上のプルロールを、ガラスに接触し、ガラスを下流方向に搬送するために利用することができる。
【0015】
例として図1Aを参照すれば、溶融ガラスからガラスリボンを形成するための一例のガラス製造装置100が簡略に示される。ガラス製造装置100は、融解槽101,清澄化槽103,混合槽104,送出槽108及びフュージョンドロー機(FDM)120を備える。ガラスバッチ材料が矢印102で示されるように融解槽101に投入される。バッチ材料は融解されて溶融材料106になる。清澄化槽103は、融解槽101から溶融ガラス106を受け取り、溶融ガラス106から気泡が除去される、高温処理領域を有する。清澄化槽103は連結管105により混合槽104に流通可能態様で結合される。すなわち、清澄化槽103から混合槽104に流れる溶融ガラスは連結管105を流過する。混合槽105は、続いて、連結管107により送出槽108に流通可能態様で結合され、よって、混合槽104から送出槽108に流れる溶融ガラスは連結管107を流過する。
【0016】
送出槽108はダウンカマー109を通して溶融ガラス106をFDM120に供給する。FDM120は、インレット110,形成槽111及び少なくとも1つのドローアセンブリ150が配置された、外囲122を備える。図1Aに示されるように、ダウンカマー109からの溶融ガラス106は、形成槽111に通じるインレット110に流入する。形成槽111は溶融ガラス106を受け取る開口112を有し、溶融ガラス106は、トラフ113に流入し、次いで溢流して2つの収斂側面114a及び114bを流過してから、2つの側面が会合する、ルートで融合し、その後、ドローアセンブリ150により接触され、下流方向151に引かれて、連続ガラスリボン148になる。
【0017】
ガラスリボンを形成するためにフージョンドロー機を利用する装置とともに用いられるとしてプルロール200を説明したが、ガラスバッチ材料が融解されて溶融ガラスになり、次いで溶融ガラスがガラスリボンに形成される、同様のプロセスとともにプルロールが用いられ得ることは当然である。限定ではなく、例として、本明細書に説明されるプルロールは、アップドロープロセス、スロットドロープロセス、フロートドロープロセス及びその他の同様のプロセスとともに、用いることもできる。
【0018】
図1Bを参照すれば、ドローアセンブリ150の断面が簡略に示される。図1Bに示されるように、ドローアセンブリ150は一般に、両側でガラスリボン148に接する、一対の対向プルロール200を有する。プルロール200は動力を備えることができ(すなわち、プルロール200は能動的に回転し、したがってガラスリボン148を下流方向151に送る駆動力を与える)、あるいは受動的(すなわち、プルロール200はガラスリボン148に接し、ガラスリボンが他のプルロールによって下流方向151に引かれている間、ガラスリボンを安定化する)とすることができる。
【0019】
プルロール200は所望の最終厚までガラスリボン148を薄くするための駆動力をかける。プルロール200に印加される狭窄力は、プルロール200とガラスリボン148の間の接触による表面損傷を生じさせ得る。特に、プルロールの接触面とガラスリボンの表面の間に捕らえられてしまう、ガラス形成プロセスから凝集する(普通、混入ガラスと称される)ガラス粒子及び/またはその他の屑も、屑がガラスリボンの表面に当たると、重大の表面損傷またはクラック発生を生じさせ得る。例えば、混入ガラス及び/または屑はプルロールの表面に喰い込み、この結果、プルロールがガラスに接するとガラスリボンに損傷が生じる。詳しくは、混入ガラスがプルロールによってガラスリボンの表面に突き当てられると、屑は、ガラスの破損及び破壊をおこさせ得る、狭窄力の局所応力集中及び非常に高い点負荷応力を生じさせる。狭窄力が大きくなるほどガラスリボンの破壊閾強度が低くなり、クラック発生(いわゆる「ひび割れ」)によるガラスリボンの破壊傾向を強めることができる発生内部応力も大きくなり、ひいては、ガラスのリボンが装置に再度通されるからプロセスダウンタイムを発生させる。狭窄力によって生じる破壊へのガラスリボンの感度はガラスリボンの厚さに依存し、ガラスリボンが薄くなるほど、高狭窄力による損傷及び/または破壊を受け易くなる。
【0020】
本明細書に説明されるプルロールの実施形態は屑及びその他の粒状物質を封じ込むことができ、よってプルロールで板引きされるガラスリボンにおける欠陥の形成及びひび割れを軽減することができる。
【0021】
図2を次に参照すれば、欠陥が低減されたガラスリボンの板引きに用いるための一例のプルロール200が簡略に示される。プルロール200は一般にシャフト部材204上に配置された集成ロール202を備える。集成ロール202は個別リング素子220の圧縮スタックで形成される。本明細書に説明される実施形態において、それぞれのリング素子220は単層雲母板のような無機材料、または高温での使用に適する他の無機材料(すなわち、セラミック材料、金属合金等)で形成される。リング素子220はシャフト部材204上で軸方向に重ねられ、圧縮されて、集成ロール202を形成する。集成ロール202内のリング素子220の数は、集成ロール202の所望の寸法、リング素子202の厚さ及びリールアセンブリ202の接触面の所望の機械的特性(すなわち硬度)に依存して変わり得る。
【0022】
一実施形態例において、集成ロールは雲母板で形成することができる。リング素子を形成することができる雲母板は一般に、相互に実質的に平行に配位され、ファンデルワールス力、静電気力、焼結、等によって結合された、小雲母片の重ね合わせ層からなる。この小雲母片の構成により、形成された雲母板の最大の安定性が得られる。少なくとも1つの実施形態において、雲母板は結合剤を添加せずに、あるいは小雲母片が埋め込まれるその他の材料マトリックスを用いずに、形成される。雲母板内の小雲母片は一般に高アスペクト比(すなわち、平均厚さに対する平均径の比)を有し、極めて薄い片に剥離されている。例えば、いくつかの実施形態において、雲母板に含まれる小雲母片は、約50より高く、さらには約60より高いアスペクト比を有することができる。別の実施形態において、小雲母片は約75より高く、さらには約80より高いアスペクト比を有することができる。例えば、いくつかの実施形態において、小雲母片のアスペクト比は約50から約150の範囲にあることができる。理論に束縛されるつもりはないが、相互に平行に配位された高アスペクト比小雲母片は、一般に、集成ロール202の機械的強度、形状寸法安定性及び耐水性を向上させると考えられる。詳しくは、小雲母片間の界面摩擦が、使用中の抜け落ちに対する小雲母片の抵抗力を向上させ、よって、集成ロールの耐水性を向上させ、プルロールで板引きされているガラスリボンにおける欠陥の発生を減じると考えられる。
【0023】
本明細書に説明されるいくつかの実施形態において、雲母板は、雲母板が安定でいられる温度範囲を広くするため、金雲母の小雲母板で形成することができる。例えば、雲母板は、インド国のChhapetia Mica Products,ベルギー国のCogebi Group,米国のCorona Films,中国のClory Mica Co. Ltd.,インド国のRuby Mica Co. Ltd.から市販されている、金雲母板または白雲母板とすることができる。いくつかの実施形態において、この雲母板は結合材料を有していない雲母板とすることができる。しかし、別のタイプの小雲母片で形成された雲母板及び/または結合剤を有する雲母板を含む、別のタイプの雲母板が用いられ得ることは当然である。例えば、他の適するタイプの雲母板には、(金雲母より熱的に安定である)フッ素金雲母で形成された雲母板または白雲母で形成された雲母板を含めることができるが、これらには限定されない。
【0024】
図2を再び参照すれば、リング素子220を形成するために様々な厚さの雲母板を用いることができる。例えば、いくつかの実施形態において、リング素子は約100μmより厚い無圧縮厚を有することができる。圧縮後、リング素子220は約100μm以下の圧縮厚を有することができる。しかし、より厚いかまたはより薄い圧縮厚を有する雲母板も用いられ得ることは当然である。
【0025】
上で指定したような圧縮厚を有するリング素子220により、所望の機械的特性を有し、ガラス板引きプロセス中に遭遇する屑(すなわち、ガラス粒子等)によって生じる接触面への損傷に耐えることができ、及び/またはそのような損傷を軽減することができる、能力も有する、集成ロール202の形成が容易になる。特に、比較的薄いリング素子220(すなわち、圧縮厚が約200μm以下のリング素子)で集成ロール202を形成することにより、接触面208上につけられた屑またはその他の粒状物質を、集成ロール202がガラスリボンに接触するときに屑によってガラスリボンの表面上に形成されるきずを最小限に抑えるかまたはガラスリボンの表面を損傷させないように、隣接するリング素子間及び/または単リング素子内の小雲母片間に封じ込めることが可能になる。
【0026】
いくつかの実施形態においてはリング素子220に用いられる雲母板が結合材料無しで形成されているとして説明したが、別の実施形態においては、リング素子220の機械的安定性を向上させるために雲母板が結合材料を含有し得ることは当然である。例えば、いくつかの実施形態において、小雲母片をさらに強く結合させ得るフィラー材料を雲母板に含浸させることができる。フィラー材料は、有機材、半有機材または無機材とすることができる。フィラー材料が有機材である場合は、フィラー材を熱分解または化学的プロセス(すなわち溶解)によって雲母板から除去することができる。いくつかの実施形態において、フィラー材は、例えば、雲母板の柔軟性を有意に減じることなく雲母板の機械的安定性を向上させる、シリコーンまたはその他の高分子樹脂とすることができる。一般に、フィラー材は雲母板の密度及び雲母板の硬度のいずれをも高める。
【0027】
図3を参照すれば、特定の実施形態の1つにおいて、リング素子220は、リング素子の密度が径方向に低下するようにフィラー材で含浸される。例えば、一実施形態において、リング素子220の外周221近傍のリング素子の密度を中心環孔222直近のリング素子220の密度より低くすることができる。したがって、リング素子の密度が、矢印224で示されるように、径方向に内側に向かって高くなることは当然である。そのようなリング素子で構成されたプルロールは一般に、プルロールの接触面において低く、径方向に内側にシャフト部材に向かって高くなる、密度を有するであろう。プルロールの中心における高められた密度により、プルロールのシャフト上でのプルロールのスリップまたは回転が防止され、接触面における低められた密度により比較的軟質な接触面(すなわち、ショアーD硬度がロールの中心より小さい接触面)を有するプル集成ロールが得られる。
【0028】
一実施形態例においてリング素子220は雲母板で形成されているとして説明されるが、別の実施形態において、リング素子220が、セラミック材料、元素金属、金属合金等を含むが、これらには限定されない、別の無機材料で形成され得ることは当然である。
【0029】
図3をここで参照すれば、上述した雲母板のような、無機材料は初めに、プルロールの集成ロールの形成に用いるため、複数のリング素子220(その1つが図3に示される)に形成される。一実施形態において、上述したように、リング素子の機械的強度を向上させるため、リング素子220にフィラー材を含浸させることができる。本明細書に説明される実施形態において、それぞれのリング素子220はプルロール200のシャフト部材204上のリング素子220の配置を容易にするため、中心環孔220を有して形成される。中心環孔222は円形として図3に示されるが、環孔が別の幾何形状を有し得ることは当然である。例えば、断面が六角形のシャフト部材上にリング素子220が装着される場合、シャフト上のリング素子220の回転を防止するため、環孔222も六角形とすることができる。リング素子220は、必要に応じて、図3に示されるようにキー溝225を有して形成され得る。そのような実施形態において、キー溝は、シャフト部材上のリング素子220の回転を防止するため、シャフト部材上に形成された対応するキーと嵌合する。一実施形態において、環孔222及び必要に応じるキー溝225は打抜き工程で形成することができる。
【0030】
リング素子をシャフト部材上に集成する前に、以降の高温における使用中の硬化を先制するためにリング素子220をか焼するため、リング素子を予備焼成することができる。一実施形態において、リング素子は、リング素子を重ね、か焼に適する加熱スケジュールにしたがってリング素子を加熱することによって予備焼成される。例えば、リング素子は、2℃/分のランプレートで約700℃の最高温度まで加熱し、この最高温度に約6時間保持することができる。別の実施形態において、リング素子はリング素子の組立及び圧縮に続いてか焼することができる。
【0031】
リング素子は、混入ガラス粒子またはその他の屑のような粒子によって生じるきずが最小限に抑えられ、及び/またはそのような粒子がプルロールで板引きされるガラスリボンの表面に接触せず、よって欠陥及び/またはクラックの反復発生を低減するような、そのような粒子のロールの接触面への侵入を可能にするように、シャフト部材上で重ねられ、軸方向に圧縮される。プルロールの接触面の抗性(またはコンプライアンス)は、ショアージュロメーター測定法のような、通常の硬度測定法を用いて定量的に評価することができる。プルロールの硬度は一般にショアーDスケールにより、詳しくはASTM D2240にしたがって、測定される。ショアーD硬度測定に用いられる圧子は円錐形であり、したがって、接触面208のショアーD硬度測定値は一般に、隣接リング素子220間にまたは単リング素子内に粒子を封じ込めることができるロールアッセンブリの能力を示す。ショアーD値が小さくなるほど、ロールの接触面への粒子の侵入が容易になる。ショアーD値が小さくなるほど、集成ロールが封じ込め得る粒子が大きくなることも示す。
【0032】
本明細書に説明されるプルロール200の実施形態において、集成ロール202の接触面208は、ASTM D2240にしたがって測定して、約10以上、または約15以上で、約60以下のショアーD硬度を有する。これらの実施形態のいくつかにおいて、集成ロール202の接触面208は、ASTM D2240にしたがって測定して、約10以上で約50以下の、またはさらに約40以下の、ショアーD硬度を有する。また別の実施形態において、ショアーD硬度は、ASTM D2240にしたがって測定して、約10以上で約30以下である。
【0033】
図4Aを次に参照すれば、いくつかの実施形態において、プルロールは複数のリング素子220で形成され、それぞれのリング素子の直径はほぼ同じである。例えば、リング素子は、上述したように、雲母板で、あるいは適する他の無機材料で、形成される。少なくとも1つの実施形態において、リング素子は、上述したようにそれぞれのリング素子の密度が径方向に勾配をもつようにフィラー材が含浸された雲母板で形成される。この実施形態において、第1の保持リング206aがシャフト部材204上に配置され、シャフト部材204に形成された肩203に確実に固定される。第1の保持リング206aにより、以降の工程におけるシャフト部材204上のリング素子220の一様な圧縮が容易になる。しかし、保持リング無しでもプルロール200を形成できることは当然である。
【0034】
第1の保持リング206aがシャフト部材204上に配置された後、複数のリング素子220aを、リング素子がシャフト部材204上で軸方向に重ねられ、それぞれのリング素子の面が隣り合うリング素子及び/または保持リング206aの面と接するように、シャフト部材204上に配置することによって、集成ロール202が形成される。
【0035】
リング素子220が無圧縮状態でシャフト部材204上に配置される(すなわち、リング素子220は相互に接しているが、リング素子に圧縮力がかけられていない)ときは、リング素子がシャフト部材204上に相互に滑ることができ、よって集成ロールは所望の表面プロファイルを達成するに有効な形状をとることができない。さらに、無圧縮集成ロール202は一般にガラス製造プロセスにおける使用に適していない。したがって、集成ロール202は、集成ロール202の整形及びガラス製造プロセスにおける集成ロール202の使用のいずれをも容易にするため、圧縮されなければならない。
【0036】
集成ロール202は、矢印240で示される方向に、集成ロール202に締付け圧力を印加することによって圧縮される。例えば、シャフト部材204上のナット230を回してナット230及び保持リング206bを矢印240で示される方向に前進させることで締付け圧力を集成ロール202に印加することができ、よってナット230と肩203の間でリング素子220を軸方向に圧縮して、集成ロール202の硬度を高めることができる。リング素子にフィラー材が含浸される実施形態において、リング素子の密度はリング素子の中心から軸方向に低下し、集成ロール202の硬度はプルロールの中心から径方向に外側に向けて低下し、シャフトに直に接する第1の硬度を有する内側コア領域及びコア領域を囲む外側クラッド層領域が形成され、クラッド層領域はコア領域の硬度より低い第2の硬度を有する。しかし、リング素子がフィラー材無しで形成されている実施形態、あるいはフィラー材料がリング素子全体にわたって一様に分布してリング素子が形成されている実施形態において、集成ロールの硬度は集成ロール全体にわたって一様である。一般に、集成ロール202は初め、集成ロール202の接触面における所望の表面プロファイルの形成を容易にする第1のショアーD硬度を集成ロールが有するような第1の強さで圧縮される。
【0037】
図4B〜4Cを次に参照すれば、別の実施形態において、プルロール200の接触面の所望のショアーD硬度は、寸法が相異なるリング素子を用いて集成ロール202を形成することによって達成することができる。この実施形態において、それぞれが第1の直径を有する第1の複数のリング素子と、少なくとも1つの、第2の複数の、それぞれが第1の直径より小さい第2の直径を有するリング素子220bが集成ロールを構成するために用いられる。この実施形態において、第2の複数のリング素子220bは第1の複数のリング素子220aと同じ材料で、あるいは第1の複数のリング素子220aとは異なる材料で、形成することができる。例えば、第1の複数のリング素子220aが上述したように、雲母板で形成されている実施形態において、第2の複数のリング素子220bも雲母板で形成することができる。あるいは、ミルボード、セラミック材料、金属、高分子材等のような、雲母板以外の材料で第2の複数のリング素子220bを形成することができる。
【0038】
この実施形態のプルロール200を構成するため、第1の保持リング206aがシャフト部材204上に配置され、シャフト部材204に形成された肩203に確実に固定される。第1の保持リング206aにより、以降の工程におけるシャフト部材204上のリング素子220の一様圧縮が容易になる。しかし、保持リングを用いずにプルロール200を形成できることは当然である。
【0039】
一実施形態において、第1の保持リング206aがシャフト部材204上に配置された後、第1の複数のリング素子220a及び、少なくとも1つの、第2の複数のリング素子220bが、図4Bに示されるように、第2の直径を有するリング素子220bが第1の直径を有する第1のリング素子220aの間に配置されるように、交互する態様でシャフト部材240上に配置される。リング素子は、それぞれのリング素子の面が隣り合うリング素子及び/または第1の保持リング206aの面に接するように、シャフト部材204上に軸方向に重ねられる。シャフト部材204上に直径が相異なるリング素子を並べることにより、コア領域232及びコア領域232を囲むクラッド層領域234を有する集成ロール202が形成される。コア領域232の直径は第2の複数のリング素子220bの直径とほぼ同じであり、クラッド層領域234の直径は第1の複数のリング素子220aの直径とほぼ同じである。リング素子が(本明細書でさらに説明されるように)シャフト上で圧縮された後、集成ロール202のコア領域232は、クラッド層領域234の実体積分率fvclより大きい実体積分率fvcを有する。したがって、集成ロール202のクラッド層領域234のショアーD硬度がコア領域232のショアーD硬度より大きいことを示すことができる。さらに、直径が相異なるリング素子の使用により集成ロールのコア領域232の隣り合うリング素子間の摩擦力が向上し、よってリング素子は相互が滑ることはなく、しかも、クラッド層領域234はリング素子が圧縮された後も軟質でより柔順なままである。
【0040】
図4Bに示されるプルロール200の実施形態において、第1の複数のリング素子220a及び、少なくとも1つの、第2の複数のリング素子220bは交互パターン(すなわち、B-L,B-L…B-L;ここで「B」は第1のリング素子220aの1つであり、「L」は第2のリング素子220bの1つであって、B-Lはシャフト部材204の長さにわたって反復される単位分散配置パターンである)で配置される。しかし、別の重ねシーケンスを用いて、上記の交互型単位分散配置パターンとは異なる単位分散配置パターンを形成できることは当然である。例として、B-L-Lの単位分散配置パターンを用いることができる。しかし、異なる単位分散配置パターンを用い得ることは当然である。
【0041】
異なる単位分散配置パターンにより、硬度が異なるコンタクト面を有する集成ロールが得られる。例えば、単位分散配置パターンがB-Lの重ねシーケンスでは、単位分散配置パターンがB-L-Lの重ねシーケンスより高いショアーD硬度を有する集成ロール202が形成される。これは、B-L-L単位分散配置パターンによって、B-L単位分散配置パターンよりも密度が低い集成ロール202が形成されるからである。
【0042】
詳しくは、プルロールのコア領域及びクラッド層領域の実体積分率は、固体材料で占められている、コア領域またはクラッド層領域の体積の分率を表す。雲母板リング素子で形成されたプルロールの場合、実体積分率は、雲母結晶で占められている、コア領域またはクラッド層領域の体積の分率を表す。
【0043】
本明細書に説明される実施形態において、コア領域の実体積分率fvcは:
【数1】
【0044】
と定義される。ここで、mコア、Aコア及びtコアはそれぞれ、プルロールのコア領域が形成されるリング素子の質量、面積及び厚さであり、ρ面積は:
【数2】
【0045】
に等しいリング素子の面積密度であり、ρ結晶はリング素子が形成される材料の密度である。雲母板の場合、ρ結晶は2.9g/cm3である。
【0046】
第1の複数のリング素子が第2の複数のリング素子と同じ材料で形成され、同じ面積密度を有する場合、クラッド領域の実体積分率fvclは関係式:
【数3】
【0047】
にしたがってコア領域の実体積分率fvcに関係付けられる。ここで、nbは第1の複数のリング素子の数(すなわち直径が比較的大きいリング素子の数)であり、nlは第2の複数のリング素子の数(すなわち直径が比較的小さいリング素子の数)である。
【0048】
集成ロール202を作製するためにB-L単位分散配置パターンが用いられる場合、クラッド領域234のクラッド層実体積分率fvclは実体積分率fvcの0.5倍である。しかし、集成ロール202を作製するためにB-L-L単位分散配置パターンが用いられる場合、クラッド領域234の表面実体積分率fvclはコア実体積積分率fvcの0.33倍である。このことは、集成ロールに印加される圧縮強さが固定されている場合、B-L単位分散配置パターンで形成された集成ロールのクラッド領域がB-L-L単位分散配置パターンで形成された集成ロールのクラッド領域より大きい実体積分率を有することを示す。クラッド層領域の比較的低い実体積分率により、クラッド層領域のショアーD硬度は比較的低くなる。したがって、プルロールのクラッド層領域の硬度が第1の複数のリング素子及び第2の複数のリング素子のそれぞれのリング素子を、またリング素子に単位分散配置パターンの数も、多くするかまたは少なくすることで調節され得ることは当然である。
【0049】
本明細書に説明される実施形態において、コア実体積分率fvcは一般に0.60より大きく、クラッド層実体積分率fvclは一般に0.60以下である。
【0050】
さらに、プルロールの接触面のショアーD硬度は、第1の複数のリング素子220aの直径と、少なくとも1つの、第2の複数のリング素子220bの直径の差を大きくするかまたは小さくすることで変えることができる。例えば、第1の複数のリング素子220aの直径が第2の複数のリング素子220bの直径より50%大きい(すなわち、集成ロール202のクラッド層領域234が集成ロール202のコア領域より50%大きい直径を有する)場合、プルロールの接触面は、第1の複数のリング素子220aの直径が第2の複数のリング素子220bの直径より10%しか大きくはない(すなわち、集成ロール202のクラッド層領域234が集成ロール202のコア領域232より10%大きい直径を有する)場合よりも軟質になるであろう。したがって、集成ロール202の接触面のショアーD硬度は第1の複数のリング素子220a及び、少なくとも1つの、第2の複数のリング素子220bの相対直径を制御することで調節することができる。
【0051】
さらに、プルロールの接触面のショアーD硬度は、リング素子の厚さ及び集成ロールのコア領域を形成するための直径が異なるリング素子の使用を含むがこれらには限定されない、リング素子の他の特性によっても影響を受け得る。例えば、薄いリング素子が第1の複数のリング素子220aに用いられている場合、第1の複数のリング素子220aが厚いリング素子で形成されているプルロールに比較して、プルロールの接触面のショアーD硬度は低くなり得る。
【0052】
リング素子220a,220bが無圧縮状態でシャフト部材204上に配置されている(すなわち、リング素子220a,220bはリング素子が相互に接触するようにシャフト部材上に配置されているが、圧縮力はまだリング素子に印加されていない)場合、リング素子はシャフト部材204上で相互に滑ることができ、よって所望の表面プロファイルが得られるように集成ロールを有効に整形することはできない。さらに、無圧縮集成ロール202は一般にガラス製造プロセスでの使用には適していない。したがって、集成ロール202は、集成ロール202の整形及びガラス製造プロセスにおける集成ロール202の使用のいずれをも容易にするため、圧縮されなければならない。
【0053】
ここで図4Bをまだ参照すれば、集成ロール202は矢印240で示される方向に締付け圧力を集成ロール202に印加することによって圧縮される。例えば、締付け圧力はシャフト部材上のナット230を回してナット230及び第2の保持リング206bを矢印240で示される方向に前進させることで印加することができ、よってナット230と肩203の間でリング素子220a,220bを軸方向に圧縮することができる。リング素子220a,220bが圧縮されると、図4cに示される集成ロールの一部断面に簡略に示されるように、大きい直径を有するリング素子220aがリング素子220bを封じ込める。この実施形態において、集成ロール202の実体積分率は、集成ロール202のクラッド層領域234において隣り合うリング素子220aの間に設けられた余分の空間により、矢印227で示されるように、プルロールのコア領域の外径から径方向に外側に向けて減少する。一般に、集成ロール202にかけられる圧縮の強さは、ロールの接触面の機械加工中及びガラスリボンの板引きにおけるロールの使用中の、シャフト部材204上でのリング素子の滑りを防止するに十分である。シャフト部材上でリング素子を滑らせずにロールの接触面を機械加工するためにはロールの室温圧縮が重要であるが、高い動作温度におけるロールの圧縮も重要である。したがって、用いられるシャフト材料及びロール材料の熱膨張が、動作温度におけるシャフト部材上でのリング素子の回転をおこさせない十分な圧縮を保証するように低温圧縮を定めることが重要な要件である。
【0054】
図5は、様々な単位分散配置パターンを用いて雲母板で形成されたプルロールについての、ほぼ同じコア実体積分率に対する接触面のショアーD硬度(y軸)をクラッド層実体積分率(x軸)の関数としてグラフで示す。図5に示されるように、ショアーD硬度は、クラッド層実体積分率fvclの違いにより、単位分散配置パターンにしたがって変化する。詳しくは、図5は、リング素子の単位分散配置パターンを変えることで、表面硬度が10のショアーDから60のショアーDまでのプルロールが得られることを示す。したがって、直径が相異なるリング素子を用いることで、以前は知られていなかった広い範囲のショアーD硬度値をもつプルロールの形成が可能になり、さらに、低くは10にもなるショアーD硬度をもち、機械的に安定な(すなわち、リング素子がシャフト部材上で相互に滑らず、回転しない)プルロールの形成が可能になる。
【0055】
図4A及び4Bを参照すれば、集成ロールが適切に圧縮されると、集成ロールは、集成ロール202にプロファイルを与えるために、旋盤にかけられる。詳しくは、ガラスリボンへの接触及びガラスリボンの板引きを容易にするための様々なプロファイルをもつ、集成ロール202の接触面208を形成することができる。例えば、図2に示されるプルロール200の実施形態において、本明細書で以降プルフラット210と称される、凸環状領域をもつ集成ロール202が形成される。プルフラット210を1つだけ有する集成ロール202が示されるが、集成ロール202が1つより多くのプルフラットを有し得ることは当然である。あるいは、集成ロール202が円柱形である場合のように、プルフラットを全くもたない集成ロール202を形成することができる。さらに、プルロール200の接触面208が本明細書に示される、及び/または説明される、特定のプロファイルに限定されず、接触面208が他のプロファイルを有し得ることも当然である。
【0056】
集成ロール202に所望の表面プロファイルを与えるために様々な手法を用いることができる。例えば、一本バイトを用いて、またはグラインダーの使用により、集成ロール202を整形することができる。硬度値が低い集成ロールに対しては、グラインダーを用いる集成ロールへの所望の表面プロファイルの付与が一本バイトの使用より適している。
【0057】
いくつかの実施形態において、集成ロールへのプロファイル付与を容易にするために集成ロール202にかけられる圧縮の第1の強さは一般に、集成ロール202をガラスリボンの板引きに用いるに不適にするレベルまで集成ロールを硬くする。したがって、いくつかの実施形態において、集成ロールの圧縮を緩めてからでなければ、集成ロールをガラスリボンの板引きに用いることはできない。集成ロール202は、集成ロールのリング素子220に印加されている締付け力のいくらかを落とすことで圧縮が緩められる。例えば、本明細書に説明されるプルロールの実施形態においては、リング素子220を若干拡張させ、よって集成ロールの硬度を低めることを可能にする、あらかじめ定められた強さにナット230を緩めることができる。圧縮を緩めた後、集成ロール202は、プロファイル付与後の集成ロール202の第1のショアーD硬度より低い第2のショアーD硬度を有する。
【0058】
本明細書に説明されるプルロールは、ミルボード等のような、従来の材料で形成されたプルロールに対して向上した耐摩耗性も示す。詳しくは、雲母板で形成されたプルロールは、同様の条件下で動作させた、ミルボードで形成されたプルロールほど迅速には劣化しないことが分かった。したがって、本明細書に説明されるプルロールは従来のプルロールより長い実用寿命を有し、よってガラス製造コストを低減する。
【実施例】
【0059】
本開示の原理をさらに説明するため、以下の実施例が述べられる。実施例は純粋に本開示の説明であることが目的とされ、添付される特許請求の範囲の限定は目的とされていない。数値(例えば、強さ、温度、等)に関して確度を保証するために努力した。しかし、いくらかの誤差及び偏差は生じ得る。
【0060】
実施例1
直径が1.5インチ(3.81cm)及び2.2インチ(5.588cm)の雲母板リング素子で4つのプルロール(試料A〜D)を構成した。雲母板リング素子内の雲母の結晶密度は、ほぼ2.9g/cm3であった。雲母板リング素子を、2℃/分のランプレートで約700℃の最高温度まで加熱し、この最高温度に約6時間保持して、予備焼成した。予備焼成工程後の、リング素子の面積密度はほぼ1.058g/平方インチ(0.1640g/cm2)であった。直径がほぼ0.78インチ(ほぼ1.905cm)のシャフト部材上にリング素子を集成し、表Aに示されるコア実体積分率まで圧縮した。それぞれのプルロールには別々の単位分散配置パターンを用いた。コア実体積分率に加えて、表Aにはそれぞれのプルロールに対する単位分散配置パターンも、またクラッド層実体積分率の計算値及びプルロールの接触面のショアーD硬度の計算値も挙げてある。図5はショアーD硬度をクラッド層実体積分率の関数としてグラフで示す。図5はプルロールの接触面のショアーD硬度がクラッド層実体積分率fvclとともに高くなることを示す。
【表1】
【0061】
実施例2
大径雲母板及び小径雲母板で3つのプルロール(試料E〜G)を構成した。それぞれの試料において大径リング素子の直径は2.2インチ(5.588cm)とした。試料Eの小径リング素子の直径も2.2インチ(5.588cm)とし、よってクラッド層領域とコア領域は同じ直径を有する(すなわち、Dcl−Dc=0である)。試料Fの小径リング素子の直径は2.0インチ(5.08cm)とし、よってコア領域の直径はクラッド領域の直径より0.2インチ(0.508cm)小さくなり、クラッド層領域の径方向厚さは0.1インチ(0.254cm)になった。試料Gの小径リングの直径は1.5インチ(3.81cm)とし、よってコア領域の直径はクラッド層の直径より0.7インチ(1.778cm)小さくなり、クラッド層領域の径方向厚さは0.35インチ(0.889cm)になった。雲母板リング素子内の雲母の結晶密度はほぼ2.9g/cm3であった。リング素子を、2℃/分のランプレートで約700℃の最高温度まで加熱し、この最高温度に約6時間保持して、予備焼成した。予備焼成工程後の、リング素子の面積密度はほぼ1.058g/平方インチ(0.1640g/cm2)であった。直径がほぼ0.78インチ(ほぼ1.905cm)のシャフト部材上にリング素子を集成し、表Bに示されるコア実体積分率まで圧縮した。それぞれのプルロールに対する単位分散配置パターンはB-B-Lとした。下の表Bには、それぞれのプルロールに対するクラッド層領域の径方向厚さを、またコア領域及びクラッド層領域の実体積分率の計算値並びにプルロールの接触面のショアーD硬度の測定値も、挙げてある。図6は、直径が同じプルロールについて、クラッド層の径方向厚さが大きくなるにつれてプルロールの接触面のショアーD硬度が低くなることを示す。
【表2】
【0062】
実施例3
直径が2.2インチ(5.588cm)及び1.5インチ(3.81cm)の雲母板リング素子で6つのプルロール(試料H〜M)を構成した。雲母板リング素子の雲母の結晶密度はほぼ2.9g/cm3であった。リング素子を、2℃/分のランプレートで約700℃の最高温度まで加熱し、この最高温度に約6時間保持して、予備焼成した。予備焼成工程後の、リング素子の面積密度はほぼ0.0976g/平方インチ(0.0151g/cm2)であった。直径がほぼ0.75インチ(ほぼ1.905cm)のシャフト部材上にリング素子を集成し、圧縮した。それぞれのプルロールを相異なる強さの圧縮力で圧縮して、表Cに挙げられるコア密度を得た。単位分散配置パターンB-B-L-B-Lをそれぞれのプルロールに用いた。下の表Cには、ロールのディスク数で除したロールの圧縮長さである、長さ/数を挙げてある。表Cには、コア密度、クラッド層密度、クラッド層実体積分率の計算値、及びプルロールの接触面のショアーD硬度の測定値も挙げてある。表Cのデータは一般に、プルロールの硬度が、プルロールの長さの減少によって決定した、集成ロールのリング素子の圧縮量にともなって高くなったことを示す。図7はショアーD硬度をクラッド層実体積分率の関数として示す。図7は、プルロールの接触面のショアーD硬度が、リング素子の圧縮量にともなって大きくなる、クラッド層の実体積分率の増大にともなって高くなったことを示す。
【表3】
【0063】
実施例4
直径が5.125インチ(13.02cm)及び4.6インチ(11.68cm)の雲母板リング素子で6つのプルロール(試料N〜S)を構成した。雲母板リング素子の雲母の結晶密度はほぼ2.9g/cm3であった。この雲母板リング素子には予備焼成を行わなかった。リング素子の面積密度はほぼ0.0976g/平方インチ(0.0151g/cm2)から0.1143g/平方インチ(0.0177g/cm2)であった。直径がほぼ0.75インチ(ほぼ1.905cm)のシャフト部材上にリング素子を集成し、圧縮した。それぞれのプルロールを相異なる強さの圧縮力で圧縮した。それぞれのプルロールに対して単位分散配置パターンB-B-L-B-Lを用いた。下の表Dには、それぞれのプルロールに対して用いた圧縮力、コア密度、クラッド層密度、クラッド層実体積分率の計算値、及びプルロールの接触面のショアーD硬度の測定値を挙げてある。表Dのデータは一般に、プルロールの硬度が印加圧力にともなって増大することを示す。図8はショアーD硬度をクラッド層実体積分率の関数としてグラフで示す。図8は、プルロールの接触面のショアーD硬度が、リング素子に印加される圧縮力の強さにともなって大きくなる、クラッド層の実体積分率の増大にともなって高くなったことを示す。
【表4】
【0064】
上述に基づけば、本明細書に説明されるプルロールがガラスリボンを製造するためのガラス製造装置とともに用いられ得ることが今では当然である。本明細書に説明されるプルロールは、ミルボードのような、繊維質材料で形成されたプルロールより耐摩耗性が高いから、本明細書に説明されるプルロールにより、欠陥が減じられたガラス基板の形成が容易になる。さらに、小雲母片の大径及び高アスペクト比並びに雲母板内の小雲母片間の摩擦力により、使用中の小雲母片の抜け落ちの発生が低減され、この結果、ガラス基板の表面における欠陥の発生が減じ、プルロールの実用寿命が長くなる。
【0065】
さらに、本明細書に指定される硬度値をもつプルロールにより、プルロールの表面に落ち込む屑またはその他の粒状物質のプルロールによる封じ込めが可能になり、よってガラスリボンにおける欠陥の形成がさらに減じられる。
【0066】
特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく本明細書に説明される実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明される実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項またはその等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【0067】
100 ガラス製造装置
120 フュージョンドロー機(FDM)
148 ガラスリボン
150 ドローアセンブリ
200 プルロール
202 集成ロール
203 肩
204 シャフト部材
206a,206b 保持リング
208 接触面
220,220a,220b リング素子
222 中心環孔
225 キー溝
230 ナット
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プルロールにおいて、
シャフト部材、及び
前記シャフト部材上に配置されて前記シャフト部材とともに回転する集成ロールであって、該集成ロールは、雲母板で形成されたリング素子の軸方向圧縮スタックを有し、前記雲母板は相互に実施的に平行に配位された小雲母片の重ね合わせ層を有するものである集成ロール、
を備え、
前記集成ロールの接触面が約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することを特徴とするプルロール。
【請求項2】
前記集成ロールの前記接触面の前記ショアーD硬度が約30以下であることを特徴とする請求項1に記載のプルロール。
【請求項3】
前記軸方向圧縮リング素子スタックが、
それぞれが第1の外径を有する、第1の複数のリング素子であって、前記雲母板で形成される第1の複数のリング素子、及び
それぞれが前記第1の外径より小さい第2の外径を有する、第2の複数のリング素子、
を有し、
前記第1の複数のリング素子は、前記集成ロールがクラッド層領域で囲まれたコア領域を有し、前記クラッド層領域は、前記集成ロールの前記接触面を形成するように前記修正ロールを形成するために、前記シャフト部材上に前記第2の複数のリング素子と分散配置されることを特徴とする請求項1に記載のプルロール。
【請求項4】
前記第2の複数のリング素子が雲母板以外の材料で形成されることを特徴とする請求項3に記載のプルロール。
【請求項5】
前記集成ロールの前記クラッド層領域が0.60以下のクラッド層実体積分率fvclを有し、前記集成ロールの前記コア領域が0.60以上のコア実体積分率fvcを有することを特徴とする請求項3に記載のプルロール。
【請求項1】
プルロールにおいて、
シャフト部材、及び
前記シャフト部材上に配置されて前記シャフト部材とともに回転する集成ロールであって、該集成ロールは、雲母板で形成されたリング素子の軸方向圧縮スタックを有し、前記雲母板は相互に実施的に平行に配位された小雲母片の重ね合わせ層を有するものである集成ロール、
を備え、
前記集成ロールの接触面が約10以上で約60以下のショアーD硬度を有することを特徴とするプルロール。
【請求項2】
前記集成ロールの前記接触面の前記ショアーD硬度が約30以下であることを特徴とする請求項1に記載のプルロール。
【請求項3】
前記軸方向圧縮リング素子スタックが、
それぞれが第1の外径を有する、第1の複数のリング素子であって、前記雲母板で形成される第1の複数のリング素子、及び
それぞれが前記第1の外径より小さい第2の外径を有する、第2の複数のリング素子、
を有し、
前記第1の複数のリング素子は、前記集成ロールがクラッド層領域で囲まれたコア領域を有し、前記クラッド層領域は、前記集成ロールの前記接触面を形成するように前記修正ロールを形成するために、前記シャフト部材上に前記第2の複数のリング素子と分散配置されることを特徴とする請求項1に記載のプルロール。
【請求項4】
前記第2の複数のリング素子が雲母板以外の材料で形成されることを特徴とする請求項3に記載のプルロール。
【請求項5】
前記集成ロールの前記クラッド層領域が0.60以下のクラッド層実体積分率fvclを有し、前記集成ロールの前記コア領域が0.60以上のコア実体積分率fvcを有することを特徴とする請求項3に記載のプルロール。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【公開番号】特開2012−246214(P2012−246214A)
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2012−117431(P2012−117431)
【出願日】平成24年5月23日(2012.5.23)
【出願人】(397068274)コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−117431(P2012−117431)
【出願日】平成24年5月23日(2012.5.23)
【出願人】(397068274)コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Fターム(参考)】
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