JP6000644B2

JP6000644B2 - 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

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Publication number: JP6000644B2
Application number: JP2012117431A
Authority: JP
Inventors: ベネットクックグレン; トーマスガラグハーミカエル; アルフレッドランゲンシエペンラルフ; フォレストワイトジュニアジョン; カーククリゲンスミスレウィス; オークリージョンソンポール
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Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2016-10-05
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Description

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。

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。

米国特許第３３３８６９６号明細書米国特許第３６８２６０９号明細書

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＡＳＴＭＤ２２４０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。

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、ＡＳＴＭＤ２２４０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、ＡＳＴＭＤ２２４０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、ＡＳＴＭＤ２２４０にしたがって測定して、約１０以上で約３０以下である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ｆｖ_ｃｌより大きい実体積分率ｆｖ_ｃ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。

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。

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。

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。

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ｆｖ_ｃは：

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：

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/ｃｍ^３である。

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ｆｖ_ｃｌは関係式：

にしたがってコア領域の実体積分率ｆｖ_ｃに関係付けられる。ここで、ｎ_ｂ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、ｎ_ｌ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。

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ｆｖ_ｃｌは実体積分率ｆ_ｖｃ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ｆｖ_ｃｌはコア実体積積分率ｆｖ_ｃ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。

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ｆｖ_ｃは一般に０.６０より大きく、クラッド層実体積分率ｆｖ_ｃｌは一般に０.６０以下である。

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。

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。

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。

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。

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ｆｖ_ｃｌ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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/ｃｍ^３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/ｃｍ^２)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ｆｖ_ｃｌとともに高くなることを示す。

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、Ｄ_ｃｌ−Ｄ_ｃ＝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/ｃｍ^３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/ｃｍ^２)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。

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/ｃｍ^３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/ｃｍ^２)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。

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/ｃｍ^３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/ｃｍ^２)から０.１１４３ｇ/平方インチ(０.０１７７ｇ/ｃｍ^２)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。

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。

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。

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。

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

Claims

シャフト部材、及び
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、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、集成ロールを有してなる、プルロールであって、
前記雲母板は実質的に相互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り、前記集成ロールの接触面が１０以上で６０以下のショアーＤ硬度を有し、
前記リング素子は、前記集成ロールの密度が前記集成ロールの前記接触面から径方向の内側に向かって大きくなるように、フィラー材料で含浸されていることを特徴とするプルロール。
前記集成ロールの前記接触面の前記ショアーＤ硬度が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。
前記リング素子の軸方向圧縮スタックが、
それぞれが第１の外径を有する、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、
を有してなり、
前記第１の複数のリング素子と前記第２の複数のリング素子とが、前記シャフト部材上において分散配置されて前記軸方向圧縮スタックが形成されており、前記第１の複数のリング素子と前記第２の複数のリング素子とが重なり合う部分が、前記集成ロールのコア領域を形成し、前記コア領域を囲む前記第１の複数のリング素子の部分が、前記集成ロールのクラッド層領域を形成し、前記クラッド層領域が前記集成ロールの前記接触面を形成していることを特徴とする請求項１に記載のプルロール。
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ていることを特徴とする請求項３に記載のプルロール。
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ｆｖ_ｃｌ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ｆｖ_ｃ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。