柔軟なガラスリボンの誘導方法および装置
【課題】ガラスリボン誘導時に、リボンの横方向へのシフトを修正する。
【解決手段】第1リボン曲げサブアセンブリ5aが、リボン13の中央部分4と機械的に接触することなく、リボンの運動方向15に沿った曲率を有する第1湾曲区域を生成し、ガイドローラ7aが、リボンの第1湾曲区域内またはこれに機械的に隣接した位置で、リボンのエッジ3aに横方向の力を加え、第2リボン曲げサブアセンブリ12が、中央部分4と機械的に接触することなく、運動方向15に沿った曲率を有する第2湾曲区域を生成し、ガイドローラ9aが、リボンの第2湾曲区域内またはこれに機械的に隣接した位置で、リボンのエッジ3aに横方向の力を加え、このとき第1区域および第2区域夫々の曲率を、横方向の力がリボンを歪ませることなく誘導できるほど十分な程度にまで、リボンに剛性を与えるものとする。
【解決手段】第1リボン曲げサブアセンブリ5aが、リボン13の中央部分4と機械的に接触することなく、リボンの運動方向15に沿った曲率を有する第1湾曲区域を生成し、ガイドローラ7aが、リボンの第1湾曲区域内またはこれに機械的に隣接した位置で、リボンのエッジ3aに横方向の力を加え、第2リボン曲げサブアセンブリ12が、中央部分4と機械的に接触することなく、運動方向15に沿った曲率を有する第2湾曲区域を生成し、ガイドローラ9aが、リボンの第2湾曲区域内またはこれに機械的に隣接した位置で、リボンのエッジ3aに横方向の力を加え、このとき第1区域および第2区域夫々の曲率を、横方向の力がリボンを歪ませることなく誘導できるほど十分な程度にまで、リボンに剛性を与えるものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、柔軟なガラスリボンを、その中央部分(品質部分)を損傷することなく誘導するものに関する。特に、この誘導は円柱状芯材に薄いガラスリボンを巻回する際に使用され得るものである。
【背景技術】
【0002】
本書において、ガイドローラがガラスリボンの湾曲区域に「機械的に隣接」しているとは、ガイドローラが湾曲区域に十分に近づいていて、このとき、ローラがガラスリボンを歪ませてしまうことなく横方向に移動させることができる程度のレベルの剛性を、リボンが湾曲していることにより、リボンがその横断方向において示し続けているような場合を示す。
【0003】
本書において「ガラス」という用語が使用される場合には、ガラス材料、およびガラスセラミック材料が含まれる。
【0004】
ガラスは連続的に形成されるが、冷却および固化され次第、典型的には板ガラスに分割される。最近の製品傾向により、より薄いガラスが求められている。ガラス厚が減少すると、板ガラスや、板ガラスが切断されるリボンはより柔軟になる。この柔軟さにより、特に0.3mmより薄いガラスでは、取扱いの観点から難題が生じる。
【0005】
ガラスには、ガラスリボンの誘導を特に困難にするような多くの特有の特徴がある。第1に、ガラスは表面の欠陥に極めて敏感である。この欠陥により、応力点が生成され、この応力点がクラックを生成し、また破損に繋がる。すなわち、ガラス表面との直接の接触は、プラスチックウェブ、巻取り紙、または金属箔のエッジ誘導で典型的になされるように、ガラス上への力を最小限に抑えるようなやり方で行わなければならない。第2に、薄いガラスリボンが横方向の力を受けると、リボンが歪み、最終的には破損する可能性がある。これに対し、ポリマーフィルムや巻取り紙はより柔軟であって、横方向の力に良く反応する。
【0006】
第3に、リボン成形プロセスでは、リボン幅を横断する方向においてその厚さに変化を生じたり、リボンの運動時に「反り」を生じたりすることがある。図1は、反り10(説明のため、この図では大きく誇張している)を呈しているガラスリボン13を示したものである。図から分かるように、反りとはリボンが一方向へ(すなわち、図1では右へ)連続的に湾曲したものである。このような湾曲は、例えば、リボンエッジのビードの冷却速度が異なっていることにより生じ得る。ガラスリボンの反り、厚さ変化、および残留応力により、リボンは真っ直ぐに搬送されるというよりもむしろ横方向にシフトし得る。
【0007】
ガラスリボンのこのような特有の特徴により、薄いガラスのリボンの搬送および巻回は、プラスチック、紙、および金属ホイルの産業での柔軟なウェブの搬送および巻回よりも難題となっている。このような他の産業において、ウェブの誘導は典型的には、ウェブのエッジをこするような固定されたエッジガイドを用いて行われている。こういった技術を薄いガラスリボンに適用すると、リボンを破損させることになり完全な失敗となることが実験から分かっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
薄いガラスリボンに関する誘導の問題の解決策によれば、リボンを連続した形式で巻回し、かつユーザにその形でリボンを提供することが可能になる。その後ユーザは、電子ペーパーの前面基板、太陽電池の保護カバーシート、タッチセンサ、固体照明、固体電子装置などの製品を、ガラスを連続した形式で処理して作ることも可能であろう。一般論として、連続処理はガラス製造者およびユーザの両方にとって有利である。すなわち、薄いガラスリボンを誘導する効果的な方法を望む声が存在している。本開示はこの要求に対処するものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
第1の態様によれば、動いているガラスリボン(13)を誘導する装置が開示され、このガラスリボンは中央部分(4)と第1および第2エッジ(3a,3b)とを有したものであり、この装置は、
(a)第1リボン誘導アセンブリ(1)であって、
(i)リボンの中央部分(4)と機械的に接触することなく、リボンの運動方向(15)に沿った曲率を有する第1湾曲区域をこのリボン(13)に生成する、第1リボン曲げサブアセンブリ(5a,5b,14,22)、および、
(ii)第1ガイドローラおよび第2ガイドローラ(7a,7b)であって、夫々が、リボンの第1エッジおよび第2エッジ(3a,3b)に係合しかつ第1エッジおよび第2エッジに横方向の力を加えるものであり、この係合の位置が、リボンの第1湾曲区域内、または第1湾曲区域に機械的に隣接した位置である、第1および第2ガイドローラ、
を備えている、第1リボン誘導アセンブリと、
(b)第2リボン誘導アセンブリ(2)であって、
(i)リボンの中央部分(4)と機械的に接触することなく、リボンの運動方向(15)に沿った曲率を有する第2湾曲区域をこのリボン(13)に生成する、第2リボン曲げサブアセンブリ(12,16a,16b)、および、
(ii)第3ガイドローラおよび第4ガイドローラ(9a,9b)であって、夫々が、リボンの第1エッジおよび第2エッジ(3a,3b)に係合しかつ第1エッジおよび第2エッジに横方向の力を加えるものであり、この係合の位置が、リボンの第2湾曲区域内、または第2湾曲区域に機械的に隣接した位置である、第3および第4ガイドローラ、
を備えている、第2リボン誘導アセンブリと、
を含み、ここで、第1区域および第2区域の夫々の曲率は、ガイドローラ(7a,7b,9a,9b)がリボンを歪ませることなく横方向に移動させることを可能にするのに十分な程度にまで、リボン(13)に剛性を与えるものである。
【0010】
第2の態様によれば、動いているガラスリボン(13)を誘導する方法が開示され、このガラスリボンは中央部分(4)と第1および第2エッジ(3a,3b)とを有したものであり、この方法は、
(a)リボンの中央部分(4)と機械的に接触することなく、リボンの運動方向(15)に沿った曲率を有する第1湾曲区域をこのリボン(13)に生成するステップ、
(b)リボンの第1エッジおよび第2エッジ(3a,3b)に、リボン(13)の第1湾曲区域内、または第1湾曲区域に機械的に隣接した位置で、横方向の力を加えるステップ、
(c)リボンの中央部分(4)と機械的に接触することなく、リボンの運動方向(15)に沿った曲率を有する第2湾曲区域をこのリボン(13)に生成するステップ、および、
(d)リボンの第1エッジおよび第2エッジ(3a,3b)に、リボン(13)の第2湾曲区域内、または第2湾曲区域に機械的に隣接した位置で、横方向の力を加えるステップ、
を含み、ここで、第1区域および第2区域の夫々の曲率は、横方向の力がリボンを歪ませることなく誘導することを可能にするのに十分な程度にまで、リボン(13)に剛性を与えるものである。
【0011】
第3の態様によれば、湾曲エアバーアセンブリが開示され、この湾曲エアバーアセンブリは、第1湾曲エアバーサブセクション(41)、第2湾曲エアバーサブセクション(43)、フレーム(49)、第1湾曲エアバーサブセクション(41)をフレーム(49)に接続する第1連結機構(45,51)、および第2湾曲エアバーサブセクション(43)をフレーム(49)に接続する第2連結機構(47,51)、を含み、フレーム(49)に対する第1(41)および第2(43)湾曲エアバーサブセクションの横方向の位置を独立して調節可能とするよう、第1および第2連結機構は個別に調整可能なものである。
【0012】
本開示の種々の態様に関する上記概要において使用した参照番号は、単に読者の便宜のためのものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈されることを意図したものではないし、またそう解釈されるべきではない。より一般的には、前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に本発明の例示であり、本発明の本質および特徴を理解するための概要または構想を提供することを意図したものであることを理解されたい。
【0013】
本発明のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中で明らかにされ、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは本書の説明で例示されたように本発明を実施することにより認識されるであろう。添付の図面は本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本書に組み込まれその一部を構成する。本書および本図面において開示された本発明の種々の特徴は、任意の組合せで、また全て組み合わせて、使用できることを理解されたい。例えば、本発明の種々の特徴は、本発明の以下のさらなる態様に従って組み合わせてもよい。
【0014】
第4の態様によれば、第1態様の装置が提供され、ここで、
(a)第1リボン曲げサブアセンブリは、
(i)湾曲エアバー、および、
(ii)リボンの中央部分の外側かつ両脇で、このリボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備え、かつ、
(b)第2リボン曲げサブアセンブリは、
(i)湾曲エアバー、および、
(ii)リボンの中央部分の外側かつ両脇で、このリボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備えている。
【0015】
第5の態様によれば、第1または第4の態様の装置が提供され、ここで、ガイドローラ夫々は旋回アームに支持されたものであり、かつ旋回アーム夫々は、ガイドローラをリボンのエッジに対して付勢するよう、ばね荷重されたものである。
【0016】
第6の態様によれば、第1、第4、または第5の態様の装置が提供され、ここで、ガイドローラ夫々は、シリコーンゴムを備えたガラス係合面を有している。
【0017】
第7の態様によれば、第1または第4から第6の態様のいずれか1つの態様の装置が提供され、ここで、この装置は、第1および第2リボン誘導アセンブリの間に、リボンの中央部分に機械的に接触することなくこのリボンを第1および第2リボン曲げサブアセンブリに向かって付勢する、リボン付勢アセンブリを含む。
【0018】
第8の態様によれば、第7態様の装置が提供され、ここで、リボン付勢アセンブリは、
(a)湾曲エアバー、および、
(b)リボンの中央部分の外側かつ両脇で、このリボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備えている。
【0019】
第9の態様によれば、第1または第4から第8の態様のいずれか1つの態様の装置が提供され、ここで、第1および第2リボン曲げサブアセンブリのうち少なくとも1つは、第1および第2湾曲エアバーサブセクションを有する湾曲エアバーを備え、リボンの横断方向における第1および第2湾曲エアバーサブセクションの位置は独立して調節可能なものである。
【0020】
第10の態様によれば、第1または第4から第9の態様のいずれか1つの態様の装置が提供され、ここで、リボンの中央部分は、リボンの幅の少なくとも90%である。
【0021】
第11の態様によれば、動いているガラスリボンを円柱状芯材に巻回するための装置が提供され、この装置は、第1または第4から第10の態様のいずれか1つの態様の装置を含む。
【0022】
第12の態様によれば、第2態様の方法が提供され、ここで、リボンの第1区域および第2区域の曲率は、リボンの同じ側へ向かって凹状のものである。
【0023】
第13の態様によれば、第2または第12の態様の方法が提供され、ここで、リボンが誘導される際のリボンの運動は主に垂直成分を含んだものであり、かつこの方法は、リボンの中央部分に機械的に接触することなく第1および第2湾曲区域の間にリボンの第3湾曲区域を生成するステップをさらに含み、第3区域の曲率は、(i)リボンの運動方向に沿ったものであり、かつ(ii)第1および第2湾曲区域とは反対の方向に凹状のものである。
【0024】
第14の態様によれば、第2、第12、または第13の態様の方法が提供され、ここで、リボンが誘導される際のリボンの運動は主に水平成分を含んだものであり、かつ各曲率は下方に凹状のものである。
【0025】
第15の態様によれば、第2または第12から第14の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、上方に凹状であるリボンのフリーループ部を、第1および第2湾曲区域に先立って生成するステップを含む。
【0026】
第16の態様によれば、第2または第13から第15の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、ここで、リボンの第1区域および第2区域の各曲率は、リボンの異なる面の側へ向かって凹状のものである。
【0027】
第17の態様によれば、第2または第12から第16の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、ここで、第1湾曲区域および第2湾曲区域は、夫々、
(a)湾曲エアバー、および、
(b)リボンの中央部分の外側かつ両脇で、このリボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つにより生成される。
【0028】
第18の態様によれば、第2または第12から第17の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、1対の湾曲エアバーを用いてリボンの第1湾曲区域および第2湾曲区域のうち少なくとも1つを生成するステップ、および、1対の湾曲エアバーの少なくとも一方の、リボンの横断方向における位置を、少なくとも1回調節するステップ、をさらに含む。
【0029】
第19の態様によれば、第2または第12から第18の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、ここで、リボンの厚さは0.3mm以下である。
【0030】
第20の態様によれば、第2または第12から第19の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、ここで、リボンは、反りとリボンの横断方向の厚さ変化とのうち少なくとも1つを呈する。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】反りを呈しているリボンの運動を示す概略上面図
【図2】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【図3】図2の実施形態の概略上面図
【図4】円柱状ガイドローラの据付けにばね荷重旋回機構を使用しているガイドローラ系の前面図
【図5】円柱状ガイドローラの側面図
【図6】図5の円柱状ガイドローラの断面図
【図7】ガイドローラ対間のガラスを非接触支持するための湾曲エアバーの斜視図
【図8】互いに対して横方向に独立して可動な2つのエアバーサブセクションを有する、湾曲エアバーアセンブリを示す斜視図
【図9】図8の湾曲エアバーアセンブリの側面図
【図10】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【図11】図10の実施形態を示す概略上面図
【図12】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【図13】図12の実施形態を示す概略上面図
【図14】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【図15】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【発明を実施するための形態】
【0032】
説明を簡単にするため、以下の議論は主に、薄くて柔軟なガラスリボン13を円柱状芯材11に巻回させる際の誘導に関するものであるが、本書において開示される誘導装置は、例えば個別の板ガラスの生産プロセスの一部としてなど、さまざまな他の用途に使用し得ることが理解されよう。
【0033】
ガラスリボンは当技術において既知の種々のガラス成形プロセスによって製造することが可能であり、例えば、オーバーフローダウンドローフュージョンプロセス、スロットドロープロセス、他のダウンドロープロセス、フロートプロセスなどが挙げられる。リボンは種々の組成および厚さを有し得るものであるが、一般に、本書において開示される誘導装置は、厚さが0.3mm以下、例えば厚さがおよそ0.22mm以下の薄いリボンと共に用いると特定の価値のあるものとなるであろう。使用するプロセスによって、リボンはビードエッジを有していることもあれば、あるいはビードのないエッジを有していることもあり、例えば、このビードは誘導および巻回に先立ってリボンから除去してもよい。
【0034】
図2〜3は第1リボン誘導アセンブリ1と第2リボン誘導アセンブリ2とを有する誘導装置の実施形態を示したものであり、ここで各アセンブリは、リボン13をその運動方向15に沿って湾曲させるためのリボン曲げサブアセンブリと、リボンの対向しているエッジ3a、3b(図1参照)に係合する1対のガイドローラ(リボン誘導アセンブリ1では7a、7b、リボン誘導アセンブリ2では9a、9b)とを含む。図2〜3の装置は、さらに、(a)図2では反時計回りに回転し(矢印23参照)、かつ誘導装置からリボン13を受け取ってこれをロール状に形成する、円柱状芯材11、および(b)誘導装置と、例えばリボンの成形に使用される装置(図示なし)との間に機械的隔離を提供するフリーループ部17、をさらに含む。
【0035】
図2〜3の実施形態では、リボン誘導アセンブリ1および2において異なる種類のリボン曲げサブアセンブリ、すなわち、リボン誘導アセンブリ1では1対の円柱状ローラ5a、5bが、そしてリボン誘導アセンブリ2では湾曲エアバー12が使用されている。図10〜11および12〜13に図示したように、所望であれば、2つの湾曲エアバー12および14、または2対の円柱状ローラ5a、5bおよび16a、16bを使用してもよい。同様に、図2〜3のように湾曲エアバーおよび1対の円柱状ローラを使用し、但しエアバーをローラの上流としてもよい。さらなる変形形態として、一般的には必要とされないが、リボン曲げサブアセンブリを、中央の湾曲エアバーと外側の円柱状ローラ対との両方を採用したものとすることもできる。
【0036】
どのようなリボン曲げサブアセンブリが使用されようとも、その目的は、リボンの中央部分4に機械的に接触することなく、リボンに2つの湾曲区域を作り出すことである。すなわち、1対の円柱状ローラが使用されるとき、ローラはリボン表面に、中央部分4より外側かつ両脇で接触する。このやり方によればローラは中央部分を損傷することがなく、この中央部分には、リボンの品質部分、すなわち顧客が彼らの製品に使用するリボンの部分が含まれる。ローラはさらに、矢印21および25で示したようにリボンと共に回転し、リボンに機械的損傷を与える機会をさらに最小限に抑える。
【0037】
図1において、中央部分4は(またリボンや反りも)図の中で正確な縮尺ではなく、実際には中央部分は典型的にリボン幅の90%以上、例えばその幅の95%以上となることに留意されたい。エアバーが使用されるとき、エアバーの物理的構造はリボンと機械的に接触しないため、リボンの中央部分の他、所望であればそのエッジ部分でも動作させることができる。エアバーで使用される空気(または他の流体)は、リボンの表面と物理的に接触する。しかしながら、このような物理的接触は、本書において使用する「機械的接触」という用語の一部を成すものではなく、というのもリボンは概して流体接触により実質的な機械的損傷を受け易いものではないためである。
【0038】
どのように形成されたとしても、リボン曲げサブアセンブリによって作られる2つの湾曲区域はリボンの剛性を増加させる役割を果たし、その結果、ガイドローラがリボンを横方向に動かす際にリボンが歪まないようにすることができる。しかしながら曲率をあまり高くすることはできず、さもないとリボンが割れる可能性がある。一般論として、曲がったリボンに生成される曲げ応力σは、σ≒0.5×E×t/Rで与えられる。ここで、Eはガラスのヤング率、tはガラス厚、そしてRは曲げの曲率半径である。すなわち、算出される曲げ応力がガラスの曲げ強度を超えることなく、そして好適には実質的にガラスの曲げ強度未満となるように、曲率を選択する必要がある。実際に、代表的なディスプレイ型ガラスでは、4.5インチ(11.43cm)の曲率半径で、厚さ150μmのガラスに対し許容可能な曲げ応力(約50MPa)を生成し、一方で同時に、ガイドローラによるリボンの効率的な誘導を可能とするのに十分なレベルの剛性をリボンに生じさせることが分かっている。曲率半径がこれより大きくても上手く機能することが既に分かっている。例えば、図2および3の実施形態では、半径12インチ(30.48cm)の円柱状ローラ5a、5bと、半径〜36インチ(91.44cm)の湾曲エアバー12を使用して、誘導を成功させることができた。本開示の任意の特定の用途に適する曲率は、前述したことから、当業者には容易に決定することができる。第1および第2のリボン曲げサブアセンブリにより生成される曲率は同一である必要はないことに留意されたい。
【0039】
意外なことであるが、薄くて柔軟なガラスリボンは、単一のリボン曲げサブアセンブリで生成された単一の湾曲区域では、効果的に誘導できないことが分かっている。単一の湾曲区域のみでは、リボンは所望の方向に向くというよりも、ガイドローラの周りに旋回してしまう可能性がある。一方、2つのリボン曲げサブアセンブリでは、サブアセンブリにより生成されるリボンの2つの湾曲区域が一緒になって、例えば、2つの湾曲区域の接平面の中心線方向など、リボンの方向を画成することができる。2つのリボン誘導アセンブリの2対のガイドローラは、このときリボンがこの画成された方向に動くのを保持する。
【0040】
方向を画成するためには、2つのリボン誘導アセンブリが互いに機械的に隔離されることのないよう、これらを十分近づける必要がある。そうしなければ、旋回の問題がここでも各リボン誘導アセンブリで生じる可能性がある。同様に、2つのリボン誘導アセンブリが近づき過ぎると必ずその系内の小さな変化に過度に敏感になる。一般に、リボン誘導アセンブリ間でリボンがねじれる可能性のあるときに、あるいはアセンブリ間でリボンがかなりの量の重力撓みを呈するときに、機械的隔離の始まりが顕著になる。アセンブリ間のリボンを平坦なエアバーで支持すれば、効果的な誘導を失うことなく耐え得る間隔に、アセンブリ間の間隔を広げることができる。一般論としては、ディスプレイ型ガラスから成るガラスリボンでは、リボンの湾曲区域間の距離はおよそ0.5から2mで実際に上手く機能することが分かっており、より長い距離でも上手く機能するであろうと考えられる。リボンの湾曲区域に使用される曲率半径と同様、リボン誘導アセンブリ間の適切な間隔を、本開示の任意の特定の用途に対し当業者は容易に決定することができる。
【0041】
図4は、第1および第2のリボン誘導アセンブリの一部として使用され得る、ガイドローラ系の一実施の形態を示したものである。ここで図示されているように、この系は、ガイドローラアセンブリ27a、27bを支持するフレーム20を含み、ガイドローラアセンブリ27a、27bは、リボン13の対向するエッジにガイドローラ7a、7bを接触させるよう、フレームに対し独立して横方向に可動である。各ガイドローラアセンブリは旋回軸29を含み、これに旋回アーム6が取り付けられている。旋回アームは、ガイドローラを支持し、かつローラの表面をリボンエッジと接触させるよう、ばね19により付勢される。
【0042】
図4から分かるように、リボン13が右へ動くと、ガイドローラ7bがリボンのエッジに加える横方向の力が増加し、かつガイドローラ7aが加える横方向の力が減少する。したがって、リボンはローラ間の中心線に向かって横方向に戻されることになり、すなわちリボンは望ましい移動方向へと戻される。反対に、リボン13が左へ動くと、ガイドローラ7a/7bが加える力が増加/減少し、すなわちこの場合もリボンはローラ間の中心線に向かって、ここでは右へと横方向に動いて戻されることになる。このやり方によれば、ガイドローラ系によって、リボンの望ましい運動方向からの偏りに適した横方向の復元力をリボンが自動的に受けることになる。
【0043】
ガイドローラはばね荷重旋回軸に取り付けられているため、ガラスリボンのエッジに加える力の量は、ばね19の選択を通じて容易に制御することができる。実際には、厚さが0.075〜0.22mmかつ幅が40cmのガラスリボンでは、約0.4〜0.5ポンド(0.181kgから0.227kg)の横方向の力で上手く機能することが分かっている。他のリボンの寸法に適する横方向の力は、本開示の任意の特定の用途に対し当業者は容易に決定することができる。
【0044】
図5および6に示すように、ガイドローラはシャフト31を含んでもよく、このシャフトに、弾性コーティングまたはスリーブ35で被覆された、フレーム33が回転可能に取り付けられる。このコーティングまたはスリーブは、例えば、シリコーンゴム、または、リボンエッジへの損傷を最小にすることが可能な類似の低摩擦軟質材料(compliant material)から成るものとしてもよく、例えばシリコーンゴム以外では、合成された天然ゴム、ネオプレン、または、概して任意の軟質材料をテフロン(登録商標)で被覆したものをスリーブとしてもよい。
【0045】
第1および第2ガイドローラ7a、7bに関して説明したが、図4、5、および6におけるガイドローラ系およびガイドローラ構造は、第3および第4ガイドローラ9a、9bに対しても使用することができる。これらの図で示したもの以外のガイドローラ系およびガイドローラ構造を、当然のことながら、本書において開示されるリボン誘導技術の実施に際して使用することができる。
【0046】
図7〜9は、第1および第2リボン曲げサブアセンブリの一部として使用され得るエアバーアセンブリを示したものである。特に、図7は、開口39が貫通している一体型湾曲面37を有するエアバーアセンブリを示し、一方図8〜9は、第1エアバーサブセクション41および第2エアバーサブセクション43を有するエアバーを示している。図8〜9の実施形態においては、フレーム49に支持されているレール51上にサブセクションが取り付けられており、かつこれらのサブセクションは、第1ギアアセンブリ45および第2ギアアセンブリ47を回転させることにより、レールに沿って独立して可動である。このやり方で、リボン表面に対するサブセクションの横方向の位置は、独立して調節することができる。例えば、両方のサブセクションの横方向の位置を、開口39から出る空気または他の流体がリボンの中央部分4に当たるような位置とすることができる。あるいは、図2〜3および12〜13の実施形態における円柱状ローラ5a、5bおよび16a、16bと似た様態で、サブセクションをリボンのより外側の部分で動作するように取り付けてもよい。開口39の配置およびサイズと面37の形状は、従来のエアバーの技術に従うが、但し、リボンに加えられる力がリボンを局所的に膨らませることのないよう十分大きな部分に亘って広がることを必要とする。ここで説明したもの以外のエアバー構造を、当然のことながら、本書において開示されるリボン誘導技術の実施に際して使用することができる。
【0047】
図14および15は、リボン誘導系のさらなる実施形態を示したものである。図14の実施形態は、図10〜11の実施形態の凸状エアバー14に代えて、第1リボン誘導アセンブリ1が凹状エアバー22を採用したものであり、そして図15の実施形態においては、リボンの全体的な運動が、図2〜3、10〜11、12〜13、および14の実施形態のように主に水平成分を含むものではなく、主に垂直成分を含むものとなっている。リボン13を図15の第1および第2リボン曲げサブアセンブリ14および12に対して付勢するため、図15の実施形態はリボン付勢アセンブリ18を含み、このリボン付勢アセンブリは、例えば湾曲エアバーまたは1対の円柱状ローラでもよい。図15から分かるように、リボン曲げサブアセンブリ12および14により生成された湾曲区域間に、リボン付勢アセンブリ18が湾曲区域をリボンにさらに生成する。
【0048】
上で論じたように、本書において開示されるリボン誘導系の1つの用途は、ガラスリボンの巻回に関連したものである。この巻回の実施形態によれば、リボン13が連続的に製造され、そして一旦この製造プロセスが安定するとリボンはフリーループ17に形成され、その後、図2〜3の実施形態のように1組の(例えば「馬車の車輪」様に構成され得る)細い円柱状ローラ5a、5b上に装着され、この円柱状ローラが、ガラスのエッジ近くかつ第1組のガイドローラ7a、7b間でガラスを支持する。リボンはその後、湾曲エアバー12により供給されるエアクッションで支持される。エアバーのすぐ外側に位置付けられた第2組のガイドローラ9a、9bが、ガラスリボンの横方向の位置をさらに画成する。ここでガラスリボンの横方向の位置が確立されると、ガラスリボンは円柱状芯材11に巻回される。このプロセスは円柱状芯材が満杯になるまで続く。さらに、横断切断装置(図示なし)により、垂れ下がったエッジが生成される。オペレータがこの垂れ下がったエッジを新しく形成されたガラスロールに巻き付けて括り、そして完成したロールを取り除く。オペレータは次いで新しい芯を装填し、そしてこのプロセスが繰り返される。同様のステップを、図10〜11、12〜13、14および15の実施形態の設備で使用することができる。
【0049】
実際、200mを超える長さのガラスを円柱状芯材に巻回する際に、前述の巻回手順を使用して成功した。巻回されるガラスリボンの反りを測定すると、5.5mの長さに亘り約3mmであり、そしてウェブ横断厚さの変化を測定すると、0.15mm厚の材料に対して0.013mmであった。
【0050】
前述したことから、ガラスに反りや厚さ変化が存在している可能性にかかわらず、ガラスウェブを横方向へ効果的に誘導するのに十分な力を生成する、薄くて柔軟なガラスリボンを誘導するための装置および方法が提供されたことがわかるであろう。いくつかの実施形態では(例えば、図10〜11、14、および15参照)、この力はガラスリボンの主表面と機械的に全く接触することなく生成することができる。さらに、ガラスのエッジに加えられる合力は、破損に繋がることもあり得るような欠陥の生成を最小にするよう、(例えば図4の旋回系により)限定することができる。同様に、ガイドローラを軟質の低摩擦材料で被覆することにより、破損させることになり得るような欠陥を生じさせないよう、ガラスのエッジをさらに保護することができる。
【0051】
本発明の範囲および精神から逸脱していない種々の変更形態は、通常の当業者にはこれまでの開示から明らかであろう。以下の請求項は、本書に明記した特定の実施形態の他、変更形態、変形形態、およびこれら実施形態の同等物を含むと意図されている。
【符号の説明】
【0052】
1 第1リボン誘導アセンブリ
2 第2リボン誘導アセンブリ
4 中央部分
5a、5b 円柱状ローラ
6 旋回アーム
7a、7b、9a、9b ガイドローラ
12 湾曲エアバー
13 ガラスリボン
29 旋回軸
41 第1エアバーサブセクション
43 第2エアバーサブセクション
【技術分野】
【0001】
本開示は、柔軟なガラスリボンを、その中央部分(品質部分)を損傷することなく誘導するものに関する。特に、この誘導は円柱状芯材に薄いガラスリボンを巻回する際に使用され得るものである。
【背景技術】
【0002】
本書において、ガイドローラがガラスリボンの湾曲区域に「機械的に隣接」しているとは、ガイドローラが湾曲区域に十分に近づいていて、このとき、ローラがガラスリボンを歪ませてしまうことなく横方向に移動させることができる程度のレベルの剛性を、リボンが湾曲していることにより、リボンがその横断方向において示し続けているような場合を示す。
【0003】
本書において「ガラス」という用語が使用される場合には、ガラス材料、およびガラスセラミック材料が含まれる。
【0004】
ガラスは連続的に形成されるが、冷却および固化され次第、典型的には板ガラスに分割される。最近の製品傾向により、より薄いガラスが求められている。ガラス厚が減少すると、板ガラスや、板ガラスが切断されるリボンはより柔軟になる。この柔軟さにより、特に0.3mmより薄いガラスでは、取扱いの観点から難題が生じる。
【0005】
ガラスには、ガラスリボンの誘導を特に困難にするような多くの特有の特徴がある。第1に、ガラスは表面の欠陥に極めて敏感である。この欠陥により、応力点が生成され、この応力点がクラックを生成し、また破損に繋がる。すなわち、ガラス表面との直接の接触は、プラスチックウェブ、巻取り紙、または金属箔のエッジ誘導で典型的になされるように、ガラス上への力を最小限に抑えるようなやり方で行わなければならない。第2に、薄いガラスリボンが横方向の力を受けると、リボンが歪み、最終的には破損する可能性がある。これに対し、ポリマーフィルムや巻取り紙はより柔軟であって、横方向の力に良く反応する。
【0006】
第3に、リボン成形プロセスでは、リボン幅を横断する方向においてその厚さに変化を生じたり、リボンの運動時に「反り」を生じたりすることがある。図1は、反り10(説明のため、この図では大きく誇張している)を呈しているガラスリボン13を示したものである。図から分かるように、反りとはリボンが一方向へ(すなわち、図1では右へ)連続的に湾曲したものである。このような湾曲は、例えば、リボンエッジのビードの冷却速度が異なっていることにより生じ得る。ガラスリボンの反り、厚さ変化、および残留応力により、リボンは真っ直ぐに搬送されるというよりもむしろ横方向にシフトし得る。
【0007】
ガラスリボンのこのような特有の特徴により、薄いガラスのリボンの搬送および巻回は、プラスチック、紙、および金属ホイルの産業での柔軟なウェブの搬送および巻回よりも難題となっている。このような他の産業において、ウェブの誘導は典型的には、ウェブのエッジをこするような固定されたエッジガイドを用いて行われている。こういった技術を薄いガラスリボンに適用すると、リボンを破損させることになり完全な失敗となることが実験から分かっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
薄いガラスリボンに関する誘導の問題の解決策によれば、リボンを連続した形式で巻回し、かつユーザにその形でリボンを提供することが可能になる。その後ユーザは、電子ペーパーの前面基板、太陽電池の保護カバーシート、タッチセンサ、固体照明、固体電子装置などの製品を、ガラスを連続した形式で処理して作ることも可能であろう。一般論として、連続処理はガラス製造者およびユーザの両方にとって有利である。すなわち、薄いガラスリボンを誘導する効果的な方法を望む声が存在している。本開示はこの要求に対処するものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
第1の態様によれば、動いているガラスリボン(13)を誘導する装置が開示され、このガラスリボンは中央部分(4)と第1および第2エッジ(3a,3b)とを有したものであり、この装置は、
(a)第1リボン誘導アセンブリ(1)であって、
(i)リボンの中央部分(4)と機械的に接触することなく、リボンの運動方向(15)に沿った曲率を有する第1湾曲区域をこのリボン(13)に生成する、第1リボン曲げサブアセンブリ(5a,5b,14,22)、および、
(ii)第1ガイドローラおよび第2ガイドローラ(7a,7b)であって、夫々が、リボンの第1エッジおよび第2エッジ(3a,3b)に係合しかつ第1エッジおよび第2エッジに横方向の力を加えるものであり、この係合の位置が、リボンの第1湾曲区域内、または第1湾曲区域に機械的に隣接した位置である、第1および第2ガイドローラ、
を備えている、第1リボン誘導アセンブリと、
(b)第2リボン誘導アセンブリ(2)であって、
(i)リボンの中央部分(4)と機械的に接触することなく、リボンの運動方向(15)に沿った曲率を有する第2湾曲区域をこのリボン(13)に生成する、第2リボン曲げサブアセンブリ(12,16a,16b)、および、
(ii)第3ガイドローラおよび第4ガイドローラ(9a,9b)であって、夫々が、リボンの第1エッジおよび第2エッジ(3a,3b)に係合しかつ第1エッジおよび第2エッジに横方向の力を加えるものであり、この係合の位置が、リボンの第2湾曲区域内、または第2湾曲区域に機械的に隣接した位置である、第3および第4ガイドローラ、
を備えている、第2リボン誘導アセンブリと、
を含み、ここで、第1区域および第2区域の夫々の曲率は、ガイドローラ(7a,7b,9a,9b)がリボンを歪ませることなく横方向に移動させることを可能にするのに十分な程度にまで、リボン(13)に剛性を与えるものである。
【0010】
第2の態様によれば、動いているガラスリボン(13)を誘導する方法が開示され、このガラスリボンは中央部分(4)と第1および第2エッジ(3a,3b)とを有したものであり、この方法は、
(a)リボンの中央部分(4)と機械的に接触することなく、リボンの運動方向(15)に沿った曲率を有する第1湾曲区域をこのリボン(13)に生成するステップ、
(b)リボンの第1エッジおよび第2エッジ(3a,3b)に、リボン(13)の第1湾曲区域内、または第1湾曲区域に機械的に隣接した位置で、横方向の力を加えるステップ、
(c)リボンの中央部分(4)と機械的に接触することなく、リボンの運動方向(15)に沿った曲率を有する第2湾曲区域をこのリボン(13)に生成するステップ、および、
(d)リボンの第1エッジおよび第2エッジ(3a,3b)に、リボン(13)の第2湾曲区域内、または第2湾曲区域に機械的に隣接した位置で、横方向の力を加えるステップ、
を含み、ここで、第1区域および第2区域の夫々の曲率は、横方向の力がリボンを歪ませることなく誘導することを可能にするのに十分な程度にまで、リボン(13)に剛性を与えるものである。
【0011】
第3の態様によれば、湾曲エアバーアセンブリが開示され、この湾曲エアバーアセンブリは、第1湾曲エアバーサブセクション(41)、第2湾曲エアバーサブセクション(43)、フレーム(49)、第1湾曲エアバーサブセクション(41)をフレーム(49)に接続する第1連結機構(45,51)、および第2湾曲エアバーサブセクション(43)をフレーム(49)に接続する第2連結機構(47,51)、を含み、フレーム(49)に対する第1(41)および第2(43)湾曲エアバーサブセクションの横方向の位置を独立して調節可能とするよう、第1および第2連結機構は個別に調整可能なものである。
【0012】
本開示の種々の態様に関する上記概要において使用した参照番号は、単に読者の便宜のためのものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈されることを意図したものではないし、またそう解釈されるべきではない。より一般的には、前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に本発明の例示であり、本発明の本質および特徴を理解するための概要または構想を提供することを意図したものであることを理解されたい。
【0013】
本発明のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中で明らかにされ、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは本書の説明で例示されたように本発明を実施することにより認識されるであろう。添付の図面は本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本書に組み込まれその一部を構成する。本書および本図面において開示された本発明の種々の特徴は、任意の組合せで、また全て組み合わせて、使用できることを理解されたい。例えば、本発明の種々の特徴は、本発明の以下のさらなる態様に従って組み合わせてもよい。
【0014】
第4の態様によれば、第1態様の装置が提供され、ここで、
(a)第1リボン曲げサブアセンブリは、
(i)湾曲エアバー、および、
(ii)リボンの中央部分の外側かつ両脇で、このリボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備え、かつ、
(b)第2リボン曲げサブアセンブリは、
(i)湾曲エアバー、および、
(ii)リボンの中央部分の外側かつ両脇で、このリボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備えている。
【0015】
第5の態様によれば、第1または第4の態様の装置が提供され、ここで、ガイドローラ夫々は旋回アームに支持されたものであり、かつ旋回アーム夫々は、ガイドローラをリボンのエッジに対して付勢するよう、ばね荷重されたものである。
【0016】
第6の態様によれば、第1、第4、または第5の態様の装置が提供され、ここで、ガイドローラ夫々は、シリコーンゴムを備えたガラス係合面を有している。
【0017】
第7の態様によれば、第1または第4から第6の態様のいずれか1つの態様の装置が提供され、ここで、この装置は、第1および第2リボン誘導アセンブリの間に、リボンの中央部分に機械的に接触することなくこのリボンを第1および第2リボン曲げサブアセンブリに向かって付勢する、リボン付勢アセンブリを含む。
【0018】
第8の態様によれば、第7態様の装置が提供され、ここで、リボン付勢アセンブリは、
(a)湾曲エアバー、および、
(b)リボンの中央部分の外側かつ両脇で、このリボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備えている。
【0019】
第9の態様によれば、第1または第4から第8の態様のいずれか1つの態様の装置が提供され、ここで、第1および第2リボン曲げサブアセンブリのうち少なくとも1つは、第1および第2湾曲エアバーサブセクションを有する湾曲エアバーを備え、リボンの横断方向における第1および第2湾曲エアバーサブセクションの位置は独立して調節可能なものである。
【0020】
第10の態様によれば、第1または第4から第9の態様のいずれか1つの態様の装置が提供され、ここで、リボンの中央部分は、リボンの幅の少なくとも90%である。
【0021】
第11の態様によれば、動いているガラスリボンを円柱状芯材に巻回するための装置が提供され、この装置は、第1または第4から第10の態様のいずれか1つの態様の装置を含む。
【0022】
第12の態様によれば、第2態様の方法が提供され、ここで、リボンの第1区域および第2区域の曲率は、リボンの同じ側へ向かって凹状のものである。
【0023】
第13の態様によれば、第2または第12の態様の方法が提供され、ここで、リボンが誘導される際のリボンの運動は主に垂直成分を含んだものであり、かつこの方法は、リボンの中央部分に機械的に接触することなく第1および第2湾曲区域の間にリボンの第3湾曲区域を生成するステップをさらに含み、第3区域の曲率は、(i)リボンの運動方向に沿ったものであり、かつ(ii)第1および第2湾曲区域とは反対の方向に凹状のものである。
【0024】
第14の態様によれば、第2、第12、または第13の態様の方法が提供され、ここで、リボンが誘導される際のリボンの運動は主に水平成分を含んだものであり、かつ各曲率は下方に凹状のものである。
【0025】
第15の態様によれば、第2または第12から第14の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、上方に凹状であるリボンのフリーループ部を、第1および第2湾曲区域に先立って生成するステップを含む。
【0026】
第16の態様によれば、第2または第13から第15の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、ここで、リボンの第1区域および第2区域の各曲率は、リボンの異なる面の側へ向かって凹状のものである。
【0027】
第17の態様によれば、第2または第12から第16の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、ここで、第1湾曲区域および第2湾曲区域は、夫々、
(a)湾曲エアバー、および、
(b)リボンの中央部分の外側かつ両脇で、このリボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つにより生成される。
【0028】
第18の態様によれば、第2または第12から第17の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、1対の湾曲エアバーを用いてリボンの第1湾曲区域および第2湾曲区域のうち少なくとも1つを生成するステップ、および、1対の湾曲エアバーの少なくとも一方の、リボンの横断方向における位置を、少なくとも1回調節するステップ、をさらに含む。
【0029】
第19の態様によれば、第2または第12から第18の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、ここで、リボンの厚さは0.3mm以下である。
【0030】
第20の態様によれば、第2または第12から第19の態様のいずれか1つの態様の方法が提供され、ここで、リボンは、反りとリボンの横断方向の厚さ変化とのうち少なくとも1つを呈する。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】反りを呈しているリボンの運動を示す概略上面図
【図2】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【図3】図2の実施形態の概略上面図
【図4】円柱状ガイドローラの据付けにばね荷重旋回機構を使用しているガイドローラ系の前面図
【図5】円柱状ガイドローラの側面図
【図6】図5の円柱状ガイドローラの断面図
【図7】ガイドローラ対間のガラスを非接触支持するための湾曲エアバーの斜視図
【図8】互いに対して横方向に独立して可動な2つのエアバーサブセクションを有する、湾曲エアバーアセンブリを示す斜視図
【図9】図8の湾曲エアバーアセンブリの側面図
【図10】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【図11】図10の実施形態を示す概略上面図
【図12】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【図13】図12の実施形態を示す概略上面図
【図14】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【図15】本開示の一実施の形態を示す概略側面図
【発明を実施するための形態】
【0032】
説明を簡単にするため、以下の議論は主に、薄くて柔軟なガラスリボン13を円柱状芯材11に巻回させる際の誘導に関するものであるが、本書において開示される誘導装置は、例えば個別の板ガラスの生産プロセスの一部としてなど、さまざまな他の用途に使用し得ることが理解されよう。
【0033】
ガラスリボンは当技術において既知の種々のガラス成形プロセスによって製造することが可能であり、例えば、オーバーフローダウンドローフュージョンプロセス、スロットドロープロセス、他のダウンドロープロセス、フロートプロセスなどが挙げられる。リボンは種々の組成および厚さを有し得るものであるが、一般に、本書において開示される誘導装置は、厚さが0.3mm以下、例えば厚さがおよそ0.22mm以下の薄いリボンと共に用いると特定の価値のあるものとなるであろう。使用するプロセスによって、リボンはビードエッジを有していることもあれば、あるいはビードのないエッジを有していることもあり、例えば、このビードは誘導および巻回に先立ってリボンから除去してもよい。
【0034】
図2〜3は第1リボン誘導アセンブリ1と第2リボン誘導アセンブリ2とを有する誘導装置の実施形態を示したものであり、ここで各アセンブリは、リボン13をその運動方向15に沿って湾曲させるためのリボン曲げサブアセンブリと、リボンの対向しているエッジ3a、3b(図1参照)に係合する1対のガイドローラ(リボン誘導アセンブリ1では7a、7b、リボン誘導アセンブリ2では9a、9b)とを含む。図2〜3の装置は、さらに、(a)図2では反時計回りに回転し(矢印23参照)、かつ誘導装置からリボン13を受け取ってこれをロール状に形成する、円柱状芯材11、および(b)誘導装置と、例えばリボンの成形に使用される装置(図示なし)との間に機械的隔離を提供するフリーループ部17、をさらに含む。
【0035】
図2〜3の実施形態では、リボン誘導アセンブリ1および2において異なる種類のリボン曲げサブアセンブリ、すなわち、リボン誘導アセンブリ1では1対の円柱状ローラ5a、5bが、そしてリボン誘導アセンブリ2では湾曲エアバー12が使用されている。図10〜11および12〜13に図示したように、所望であれば、2つの湾曲エアバー12および14、または2対の円柱状ローラ5a、5bおよび16a、16bを使用してもよい。同様に、図2〜3のように湾曲エアバーおよび1対の円柱状ローラを使用し、但しエアバーをローラの上流としてもよい。さらなる変形形態として、一般的には必要とされないが、リボン曲げサブアセンブリを、中央の湾曲エアバーと外側の円柱状ローラ対との両方を採用したものとすることもできる。
【0036】
どのようなリボン曲げサブアセンブリが使用されようとも、その目的は、リボンの中央部分4に機械的に接触することなく、リボンに2つの湾曲区域を作り出すことである。すなわち、1対の円柱状ローラが使用されるとき、ローラはリボン表面に、中央部分4より外側かつ両脇で接触する。このやり方によればローラは中央部分を損傷することがなく、この中央部分には、リボンの品質部分、すなわち顧客が彼らの製品に使用するリボンの部分が含まれる。ローラはさらに、矢印21および25で示したようにリボンと共に回転し、リボンに機械的損傷を与える機会をさらに最小限に抑える。
【0037】
図1において、中央部分4は(またリボンや反りも)図の中で正確な縮尺ではなく、実際には中央部分は典型的にリボン幅の90%以上、例えばその幅の95%以上となることに留意されたい。エアバーが使用されるとき、エアバーの物理的構造はリボンと機械的に接触しないため、リボンの中央部分の他、所望であればそのエッジ部分でも動作させることができる。エアバーで使用される空気(または他の流体)は、リボンの表面と物理的に接触する。しかしながら、このような物理的接触は、本書において使用する「機械的接触」という用語の一部を成すものではなく、というのもリボンは概して流体接触により実質的な機械的損傷を受け易いものではないためである。
【0038】
どのように形成されたとしても、リボン曲げサブアセンブリによって作られる2つの湾曲区域はリボンの剛性を増加させる役割を果たし、その結果、ガイドローラがリボンを横方向に動かす際にリボンが歪まないようにすることができる。しかしながら曲率をあまり高くすることはできず、さもないとリボンが割れる可能性がある。一般論として、曲がったリボンに生成される曲げ応力σは、σ≒0.5×E×t/Rで与えられる。ここで、Eはガラスのヤング率、tはガラス厚、そしてRは曲げの曲率半径である。すなわち、算出される曲げ応力がガラスの曲げ強度を超えることなく、そして好適には実質的にガラスの曲げ強度未満となるように、曲率を選択する必要がある。実際に、代表的なディスプレイ型ガラスでは、4.5インチ(11.43cm)の曲率半径で、厚さ150μmのガラスに対し許容可能な曲げ応力(約50MPa)を生成し、一方で同時に、ガイドローラによるリボンの効率的な誘導を可能とするのに十分なレベルの剛性をリボンに生じさせることが分かっている。曲率半径がこれより大きくても上手く機能することが既に分かっている。例えば、図2および3の実施形態では、半径12インチ(30.48cm)の円柱状ローラ5a、5bと、半径〜36インチ(91.44cm)の湾曲エアバー12を使用して、誘導を成功させることができた。本開示の任意の特定の用途に適する曲率は、前述したことから、当業者には容易に決定することができる。第1および第2のリボン曲げサブアセンブリにより生成される曲率は同一である必要はないことに留意されたい。
【0039】
意外なことであるが、薄くて柔軟なガラスリボンは、単一のリボン曲げサブアセンブリで生成された単一の湾曲区域では、効果的に誘導できないことが分かっている。単一の湾曲区域のみでは、リボンは所望の方向に向くというよりも、ガイドローラの周りに旋回してしまう可能性がある。一方、2つのリボン曲げサブアセンブリでは、サブアセンブリにより生成されるリボンの2つの湾曲区域が一緒になって、例えば、2つの湾曲区域の接平面の中心線方向など、リボンの方向を画成することができる。2つのリボン誘導アセンブリの2対のガイドローラは、このときリボンがこの画成された方向に動くのを保持する。
【0040】
方向を画成するためには、2つのリボン誘導アセンブリが互いに機械的に隔離されることのないよう、これらを十分近づける必要がある。そうしなければ、旋回の問題がここでも各リボン誘導アセンブリで生じる可能性がある。同様に、2つのリボン誘導アセンブリが近づき過ぎると必ずその系内の小さな変化に過度に敏感になる。一般に、リボン誘導アセンブリ間でリボンがねじれる可能性のあるときに、あるいはアセンブリ間でリボンがかなりの量の重力撓みを呈するときに、機械的隔離の始まりが顕著になる。アセンブリ間のリボンを平坦なエアバーで支持すれば、効果的な誘導を失うことなく耐え得る間隔に、アセンブリ間の間隔を広げることができる。一般論としては、ディスプレイ型ガラスから成るガラスリボンでは、リボンの湾曲区域間の距離はおよそ0.5から2mで実際に上手く機能することが分かっており、より長い距離でも上手く機能するであろうと考えられる。リボンの湾曲区域に使用される曲率半径と同様、リボン誘導アセンブリ間の適切な間隔を、本開示の任意の特定の用途に対し当業者は容易に決定することができる。
【0041】
図4は、第1および第2のリボン誘導アセンブリの一部として使用され得る、ガイドローラ系の一実施の形態を示したものである。ここで図示されているように、この系は、ガイドローラアセンブリ27a、27bを支持するフレーム20を含み、ガイドローラアセンブリ27a、27bは、リボン13の対向するエッジにガイドローラ7a、7bを接触させるよう、フレームに対し独立して横方向に可動である。各ガイドローラアセンブリは旋回軸29を含み、これに旋回アーム6が取り付けられている。旋回アームは、ガイドローラを支持し、かつローラの表面をリボンエッジと接触させるよう、ばね19により付勢される。
【0042】
図4から分かるように、リボン13が右へ動くと、ガイドローラ7bがリボンのエッジに加える横方向の力が増加し、かつガイドローラ7aが加える横方向の力が減少する。したがって、リボンはローラ間の中心線に向かって横方向に戻されることになり、すなわちリボンは望ましい移動方向へと戻される。反対に、リボン13が左へ動くと、ガイドローラ7a/7bが加える力が増加/減少し、すなわちこの場合もリボンはローラ間の中心線に向かって、ここでは右へと横方向に動いて戻されることになる。このやり方によれば、ガイドローラ系によって、リボンの望ましい運動方向からの偏りに適した横方向の復元力をリボンが自動的に受けることになる。
【0043】
ガイドローラはばね荷重旋回軸に取り付けられているため、ガラスリボンのエッジに加える力の量は、ばね19の選択を通じて容易に制御することができる。実際には、厚さが0.075〜0.22mmかつ幅が40cmのガラスリボンでは、約0.4〜0.5ポンド(0.181kgから0.227kg)の横方向の力で上手く機能することが分かっている。他のリボンの寸法に適する横方向の力は、本開示の任意の特定の用途に対し当業者は容易に決定することができる。
【0044】
図5および6に示すように、ガイドローラはシャフト31を含んでもよく、このシャフトに、弾性コーティングまたはスリーブ35で被覆された、フレーム33が回転可能に取り付けられる。このコーティングまたはスリーブは、例えば、シリコーンゴム、または、リボンエッジへの損傷を最小にすることが可能な類似の低摩擦軟質材料(compliant material)から成るものとしてもよく、例えばシリコーンゴム以外では、合成された天然ゴム、ネオプレン、または、概して任意の軟質材料をテフロン(登録商標)で被覆したものをスリーブとしてもよい。
【0045】
第1および第2ガイドローラ7a、7bに関して説明したが、図4、5、および6におけるガイドローラ系およびガイドローラ構造は、第3および第4ガイドローラ9a、9bに対しても使用することができる。これらの図で示したもの以外のガイドローラ系およびガイドローラ構造を、当然のことながら、本書において開示されるリボン誘導技術の実施に際して使用することができる。
【0046】
図7〜9は、第1および第2リボン曲げサブアセンブリの一部として使用され得るエアバーアセンブリを示したものである。特に、図7は、開口39が貫通している一体型湾曲面37を有するエアバーアセンブリを示し、一方図8〜9は、第1エアバーサブセクション41および第2エアバーサブセクション43を有するエアバーを示している。図8〜9の実施形態においては、フレーム49に支持されているレール51上にサブセクションが取り付けられており、かつこれらのサブセクションは、第1ギアアセンブリ45および第2ギアアセンブリ47を回転させることにより、レールに沿って独立して可動である。このやり方で、リボン表面に対するサブセクションの横方向の位置は、独立して調節することができる。例えば、両方のサブセクションの横方向の位置を、開口39から出る空気または他の流体がリボンの中央部分4に当たるような位置とすることができる。あるいは、図2〜3および12〜13の実施形態における円柱状ローラ5a、5bおよび16a、16bと似た様態で、サブセクションをリボンのより外側の部分で動作するように取り付けてもよい。開口39の配置およびサイズと面37の形状は、従来のエアバーの技術に従うが、但し、リボンに加えられる力がリボンを局所的に膨らませることのないよう十分大きな部分に亘って広がることを必要とする。ここで説明したもの以外のエアバー構造を、当然のことながら、本書において開示されるリボン誘導技術の実施に際して使用することができる。
【0047】
図14および15は、リボン誘導系のさらなる実施形態を示したものである。図14の実施形態は、図10〜11の実施形態の凸状エアバー14に代えて、第1リボン誘導アセンブリ1が凹状エアバー22を採用したものであり、そして図15の実施形態においては、リボンの全体的な運動が、図2〜3、10〜11、12〜13、および14の実施形態のように主に水平成分を含むものではなく、主に垂直成分を含むものとなっている。リボン13を図15の第1および第2リボン曲げサブアセンブリ14および12に対して付勢するため、図15の実施形態はリボン付勢アセンブリ18を含み、このリボン付勢アセンブリは、例えば湾曲エアバーまたは1対の円柱状ローラでもよい。図15から分かるように、リボン曲げサブアセンブリ12および14により生成された湾曲区域間に、リボン付勢アセンブリ18が湾曲区域をリボンにさらに生成する。
【0048】
上で論じたように、本書において開示されるリボン誘導系の1つの用途は、ガラスリボンの巻回に関連したものである。この巻回の実施形態によれば、リボン13が連続的に製造され、そして一旦この製造プロセスが安定するとリボンはフリーループ17に形成され、その後、図2〜3の実施形態のように1組の(例えば「馬車の車輪」様に構成され得る)細い円柱状ローラ5a、5b上に装着され、この円柱状ローラが、ガラスのエッジ近くかつ第1組のガイドローラ7a、7b間でガラスを支持する。リボンはその後、湾曲エアバー12により供給されるエアクッションで支持される。エアバーのすぐ外側に位置付けられた第2組のガイドローラ9a、9bが、ガラスリボンの横方向の位置をさらに画成する。ここでガラスリボンの横方向の位置が確立されると、ガラスリボンは円柱状芯材11に巻回される。このプロセスは円柱状芯材が満杯になるまで続く。さらに、横断切断装置(図示なし)により、垂れ下がったエッジが生成される。オペレータがこの垂れ下がったエッジを新しく形成されたガラスロールに巻き付けて括り、そして完成したロールを取り除く。オペレータは次いで新しい芯を装填し、そしてこのプロセスが繰り返される。同様のステップを、図10〜11、12〜13、14および15の実施形態の設備で使用することができる。
【0049】
実際、200mを超える長さのガラスを円柱状芯材に巻回する際に、前述の巻回手順を使用して成功した。巻回されるガラスリボンの反りを測定すると、5.5mの長さに亘り約3mmであり、そしてウェブ横断厚さの変化を測定すると、0.15mm厚の材料に対して0.013mmであった。
【0050】
前述したことから、ガラスに反りや厚さ変化が存在している可能性にかかわらず、ガラスウェブを横方向へ効果的に誘導するのに十分な力を生成する、薄くて柔軟なガラスリボンを誘導するための装置および方法が提供されたことがわかるであろう。いくつかの実施形態では(例えば、図10〜11、14、および15参照)、この力はガラスリボンの主表面と機械的に全く接触することなく生成することができる。さらに、ガラスのエッジに加えられる合力は、破損に繋がることもあり得るような欠陥の生成を最小にするよう、(例えば図4の旋回系により)限定することができる。同様に、ガイドローラを軟質の低摩擦材料で被覆することにより、破損させることになり得るような欠陥を生じさせないよう、ガラスのエッジをさらに保護することができる。
【0051】
本発明の範囲および精神から逸脱していない種々の変更形態は、通常の当業者にはこれまでの開示から明らかであろう。以下の請求項は、本書に明記した特定の実施形態の他、変更形態、変形形態、およびこれら実施形態の同等物を含むと意図されている。
【符号の説明】
【0052】
1 第1リボン誘導アセンブリ
2 第2リボン誘導アセンブリ
4 中央部分
5a、5b 円柱状ローラ
6 旋回アーム
7a、7b、9a、9b ガイドローラ
12 湾曲エアバー
13 ガラスリボン
29 旋回軸
41 第1エアバーサブセクション
43 第2エアバーサブセクション
【特許請求の範囲】
【請求項1】
動いているガラスリボンを誘導する装置において、該ガラスリボンが中央部分と第1および第2エッジとを有したものであり、
(a)第1リボン誘導アセンブリであって、
(i)前記リボンの前記中央部分と機械的に接触することなく、前記リボンの運動方向に沿った曲率を有する第1湾曲区域を該リボンに生成する、第1リボン曲げサブアセンブリ、および、
(ii)第1ガイドローラおよび第2ガイドローラであって、夫々が、前記リボンの前記第1エッジおよび第2エッジに係合しかつ該第1エッジおよび第2エッジに横方向の力を加えるものであり、該係合の位置が、前記リボンの前記第1湾曲区域内、または該第1湾曲区域に機械的に隣接した位置である、該第1および第2ガイドローラ、
を備えている、該第1リボン誘導アセンブリと、
(b)第2リボン誘導アセンブリであって、
(i)前記リボンの前記中央部分と機械的に接触することなく、前記リボンの運動方向に沿った曲率を有する第2湾曲区域を該リボンに生成する、第2リボン曲げサブアセンブリ、および、
(ii)第3ガイドローラおよび第4ガイドローラであって、夫々が、前記リボンの前記第1エッジおよび第2エッジに係合しかつ該第1エッジおよび第2エッジに横方向の力を加えるものであり、該係合の位置が、前記リボンの前記第2湾曲区域内、または該第2湾曲区域に機械的に隣接した位置である、該第3および第4ガイドローラ、
を備えている、該第2リボン誘導アセンブリと、
を含み、前記第1区域および第2区域の夫々の前記曲率が、前記ガイドローラが前記リボンを歪ませることなく横方向に移動させることを可能にするのに十分な程度にまで、該リボンに剛性を与えるものであることを特徴とする装置。
【請求項2】
(a)前記第1リボン曲げサブアセンブリが、
(i)湾曲エアバー、および、
(ii)前記リボンの中央部分の外側かつ両脇で、該リボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備え、かつ、
(b)前記第2リボン曲げサブアセンブリが、
(i)湾曲エアバー、および、
(ii)前記リボンの中央部分の外側かつ両脇で、該リボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備えていることを特徴とする請求項1記載の装置。
【請求項3】
前記ガイドローラ夫々が旋回アームに支持されたものであり、かつ該旋回アーム夫々が、該ガイドローラを前記リボンのエッジに対して付勢するよう、ばね荷重されたものであることを特徴とする請求項1または2記載の装置。
【請求項4】
前記第1および前記第2リボン曲げサブアセンブリのうち少なくとも1つが、第1および第2湾曲エアバーサブセクションを有する湾曲エアバーを備え、リボンの横断方向における該第1および第2湾曲エアバーサブセクションの位置が独立して調節可能なものであることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の装置。
【請求項5】
前記リボンの中央部分が、前記リボンの幅の少なくとも90%であることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の装置。
【請求項6】
動いているガラスリボンを誘導する方法において、該ガラスリボンが中央部分と第1および第2エッジとを有したものであり、
(a)前記リボンの前記中央部分と機械的に接触することなく、前記リボンの運動方向に沿った曲率を有する第1湾曲区域を該リボンに生成するステップ、
(b)前記リボンの前記第1エッジおよび第2エッジに、前記リボンの前記第1湾曲区域内、または該第1湾曲区域に機械的に隣接した位置で、横方向の力を加えるステップ、
(c)前記リボンの前記中央部分と機械的に接触することなく、前記リボンの運動方向に沿った曲率を有する第2湾曲区域を該リボンに生成するステップ、および、
(d)前記リボンの前記第1エッジおよび第2エッジに、前記リボンの前記第2湾曲区域内、または該第2湾曲区域に機械的に隣接した位置で、横方向の力を加えるステップ、
を含み、前記第1区域および第2区域の夫々の前記曲率が、前記横方向の力が前記リボンを歪ませることなく誘導することを可能にするのに十分な程度にまで、該リボンに剛性を与えるものであることを特徴とする方法。
【請求項7】
前記リボンの前記第1区域および第2区域の前記曲率が、該リボンの同じ側へ向かって凹状のものであり、さらに、
前記リボンが誘導される際の該リボンの運動が主に垂直成分を含んだものであり、かつ、前記リボンの前記中央部分に機械的に接触することなく前記第1および第2湾曲区域の間に前記リボンの第3湾曲区域を生成するステップをさらに含み、該第3区域の曲率が、(i)前記リボンの運動方向に沿ったものであり、かつ(ii)前記第1および第2湾曲区域とは反対の方向に凹状のものであることをさらに特徴とする請求項6記載の方法。
【請求項8】
前記第1湾曲区域および前記第2湾曲区域が、夫々、
(a)湾曲エアバー、および、
(b)前記リボンの中央部分の外側かつ両脇で、該リボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つにより生成されることを特徴とする請求項6または7記載の方法。
【請求項9】
1対の湾曲エアバーを用いて前記リボンの前記第1湾曲区域および第2湾曲区域のうち少なくとも1つを生成するステップ、および、前記1対の湾曲エアバーの少なくとも一方の、リボンの横断方向における位置を、少なくとも1回調節するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項6から8いずれか1項記載の方法。
【請求項10】
前記リボンの厚さが0.3mm以下であることを特徴とする請求項6から9いずれか1項記載の方法。
【請求項1】
動いているガラスリボンを誘導する装置において、該ガラスリボンが中央部分と第1および第2エッジとを有したものであり、
(a)第1リボン誘導アセンブリであって、
(i)前記リボンの前記中央部分と機械的に接触することなく、前記リボンの運動方向に沿った曲率を有する第1湾曲区域を該リボンに生成する、第1リボン曲げサブアセンブリ、および、
(ii)第1ガイドローラおよび第2ガイドローラであって、夫々が、前記リボンの前記第1エッジおよび第2エッジに係合しかつ該第1エッジおよび第2エッジに横方向の力を加えるものであり、該係合の位置が、前記リボンの前記第1湾曲区域内、または該第1湾曲区域に機械的に隣接した位置である、該第1および第2ガイドローラ、
を備えている、該第1リボン誘導アセンブリと、
(b)第2リボン誘導アセンブリであって、
(i)前記リボンの前記中央部分と機械的に接触することなく、前記リボンの運動方向に沿った曲率を有する第2湾曲区域を該リボンに生成する、第2リボン曲げサブアセンブリ、および、
(ii)第3ガイドローラおよび第4ガイドローラであって、夫々が、前記リボンの前記第1エッジおよび第2エッジに係合しかつ該第1エッジおよび第2エッジに横方向の力を加えるものであり、該係合の位置が、前記リボンの前記第2湾曲区域内、または該第2湾曲区域に機械的に隣接した位置である、該第3および第4ガイドローラ、
を備えている、該第2リボン誘導アセンブリと、
を含み、前記第1区域および第2区域の夫々の前記曲率が、前記ガイドローラが前記リボンを歪ませることなく横方向に移動させることを可能にするのに十分な程度にまで、該リボンに剛性を与えるものであることを特徴とする装置。
【請求項2】
(a)前記第1リボン曲げサブアセンブリが、
(i)湾曲エアバー、および、
(ii)前記リボンの中央部分の外側かつ両脇で、該リボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備え、かつ、
(b)前記第2リボン曲げサブアセンブリが、
(i)湾曲エアバー、および、
(ii)前記リボンの中央部分の外側かつ両脇で、該リボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つを備えていることを特徴とする請求項1記載の装置。
【請求項3】
前記ガイドローラ夫々が旋回アームに支持されたものであり、かつ該旋回アーム夫々が、該ガイドローラを前記リボンのエッジに対して付勢するよう、ばね荷重されたものであることを特徴とする請求項1または2記載の装置。
【請求項4】
前記第1および前記第2リボン曲げサブアセンブリのうち少なくとも1つが、第1および第2湾曲エアバーサブセクションを有する湾曲エアバーを備え、リボンの横断方向における該第1および第2湾曲エアバーサブセクションの位置が独立して調節可能なものであることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の装置。
【請求項5】
前記リボンの中央部分が、前記リボンの幅の少なくとも90%であることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の装置。
【請求項6】
動いているガラスリボンを誘導する方法において、該ガラスリボンが中央部分と第1および第2エッジとを有したものであり、
(a)前記リボンの前記中央部分と機械的に接触することなく、前記リボンの運動方向に沿った曲率を有する第1湾曲区域を該リボンに生成するステップ、
(b)前記リボンの前記第1エッジおよび第2エッジに、前記リボンの前記第1湾曲区域内、または該第1湾曲区域に機械的に隣接した位置で、横方向の力を加えるステップ、
(c)前記リボンの前記中央部分と機械的に接触することなく、前記リボンの運動方向に沿った曲率を有する第2湾曲区域を該リボンに生成するステップ、および、
(d)前記リボンの前記第1エッジおよび第2エッジに、前記リボンの前記第2湾曲区域内、または該第2湾曲区域に機械的に隣接した位置で、横方向の力を加えるステップ、
を含み、前記第1区域および第2区域の夫々の前記曲率が、前記横方向の力が前記リボンを歪ませることなく誘導することを可能にするのに十分な程度にまで、該リボンに剛性を与えるものであることを特徴とする方法。
【請求項7】
前記リボンの前記第1区域および第2区域の前記曲率が、該リボンの同じ側へ向かって凹状のものであり、さらに、
前記リボンが誘導される際の該リボンの運動が主に垂直成分を含んだものであり、かつ、前記リボンの前記中央部分に機械的に接触することなく前記第1および第2湾曲区域の間に前記リボンの第3湾曲区域を生成するステップをさらに含み、該第3区域の曲率が、(i)前記リボンの運動方向に沿ったものであり、かつ(ii)前記第1および第2湾曲区域とは反対の方向に凹状のものであることをさらに特徴とする請求項6記載の方法。
【請求項8】
前記第1湾曲区域および前記第2湾曲区域が、夫々、
(a)湾曲エアバー、および、
(b)前記リボンの中央部分の外側かつ両脇で、該リボンの表面に接触する、1対の円柱状ローラ、
のうち少なくとも1つにより生成されることを特徴とする請求項6または7記載の方法。
【請求項9】
1対の湾曲エアバーを用いて前記リボンの前記第1湾曲区域および第2湾曲区域のうち少なくとも1つを生成するステップ、および、前記1対の湾曲エアバーの少なくとも一方の、リボンの横断方向における位置を、少なくとも1回調節するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項6から8いずれか1項記載の方法。
【請求項10】
前記リボンの厚さが0.3mm以下であることを特徴とする請求項6から9いずれか1項記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2012−96989(P2012−96989A)
【公開日】平成24年5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2011−240910(P2011−240910)
【出願日】平成23年11月2日(2011.11.2)
【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5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−240910(P2011−240910)
【出願日】平成23年11月2日(2011.11.2)
【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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