JP6027383B2 - ガラス製造プロセスにおいて使用される牽引ローラおよびこれを組み込んだガラス製造プロセス - Google Patents

Description

本明細書は、一般にガラスシートを製造する際に使用される牽引ローラに関し、より具体的には、ガラスシートに延伸力を加えるための、スプリング部材を備えている牽引ローラに関する。

牽引ローラは、個々のガラスシートを成形する際の元となるガラスリボンまたはガラスウェブに引張力を加えるために、ガラスシートの製造において使用されている。特許文献１および特許文献２に記述されてい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、あるいは同様のガラス製造プロセスなどにおいては、牽引ローラがガラスに加える引張力の量を利用して、溶融ガラスからガラスを延伸する際にガラスの名目上の厚さを制御する。

米国特許第３，３３８，６９６号明細書 米国特許第３，６８２，６０９号明細書

牽引ローラは、一般に、ガラスウェブの外側縁端部、すなわち通常は、ガラスウェブの極縁端部に形成される厚くなったビードのすぐ内側のエリアで、ガラスウェブに接触するよう設計されている。牽引ローラはガラスウェブの表面と直接接触するため、牽引ローラ材料の摩耗特性によってガラスの表面に損傷が生じることがある。例えば、ガラス粒子が牽引ローラの表面に埋め込まれて、牽引ローラがガラスと接触したときにガラスを損傷させることがある。同様に、ガラス延伸プロセスの昇温状態で使用したことにより牽引ローラの材料が劣化した場合、牽引ローラから粒子状物質が落ちることがある。この粒子状物質が柔らかいガラスに埋め込まれて、ガラスに欠陥が形成される可能性もある。さらに、ガラス延伸プロセスにより生成された粒子状物質（例えば、破片、塵、ガラスのかけらなど）が牽引ローラの表面に埋め込まれることによって、ガラスウェブに反復的な欠陥を生じさせることもある。任意のこういった過程から生じたガラスウェブの損傷は、延伸プロセス中のガラスシートに無制御および／または早期の破損をもたらし得、それにより製造効率を低下させ、かつコストを増加させる可能性がある。

したがって、ガラス製造プロセスにおいて使用するための牽引ローラに対し、別の設計が必要とされる。

本書において説明する実施形態は、牽引ローラを用いてガラスシートを延伸する際にガラスシートに早期および／または無制御の破損が発生するのを低減させる、ガラス延伸プロセスにおいて使用される牽引ローラに関する。さらに、ガラス延伸プロセス中のガラスシートの早期および／または無制御の破損を軽減する牽引ローラを利用した、ガラスシート成形方法を開示する。

一実施の形態によれば、ガラスシートの早期および／または無制御の破損を低減させるための牽引ローラは、シャフト部材と、シャフト部材上に位置付けられた柔軟性カバーアセンブリ（compliant cover assembly）とを含んでもよい。柔軟性カバーアセンブリは、シャフト部材上に位置付けられた少なくとも１つの牽引ディスクを含み得る。この少なくとも１つの牽引ディスクは、環状ハブと、環状ハブと一体的に形成されている複数のスプリング部材とを含んでもよい。複数のスプリング部材は、複数のスプリング部材の各スプリング部材の自由先端部が複数のスプリング部材の各スプリング部材の基端から放射状に外側に位置するように、環状ハブから外側へと突出していてもよい。複数のスプリング部材の夫々の半径方向ばね定数は、約２ｌｂｆ／ｍｍから約２０００ｌｂｆ／ｍｍまで（約８．９Ｎ／ｍｍから約８８９６．４Ｎ／ｍｍまで）の範囲内でもよい。柔軟性カバーアセンブリがガラスシートの平面表面と係合すると、複数のスプリング部材の少なくとも一部分が環状ハブの中心に向かって放射状に内側へと歪み、それによりガラスシートの損傷を防止する。

別の実施形態において、ガラスシートの早期および／または無制御の破損を低減させるための牽引ローラは、シャフト部材と、シャフト部材上に位置付けられた柔軟性カバーアセンブリとを含んでもよい。柔軟性カバーアセンブリは、シャフト部材上に位置付けられた複数の牽引ディスクを含み得る。この複数の牽引ディスクの各牽引ディスクは、隣接する牽引ディスクから回転方向にずれていてもよく、かつ複数の牽引ディスクの各牽引ディスクは、環状ハブと、環状ハブと一体的に形成されている複数のスプリング部材とを含んでもよい。複数のスプリング部材は、複数のスプリング部材の各スプリング部材の自由先端部が複数のスプリング部材の各スプリング部材の基端から放射状に外側に位置するように、環状ハブから外側へと突出していてもよい。複数のスプリング部材の各スプリング部材は、自由先端部と基端との間で、牽引ローラの下方延伸用回転方向と反対の方向に湾曲していてもよい。複数のスプリング部材の各スプリング部材の半径方向ばね定数は、約２ｌｂｆ／ｍｍから約２０００ｌｂｆ／ｍｍまで（約８．９Ｎ／ｍｍから約８８９６．４Ｎ／ｍｍまで）の範囲内でもよい。柔軟性カバーアセンブリがガラスシートの平面表面と係合すると、スプリング部材が環状ハブの中心に向かって放射状に内側へと歪み、それによりガラスシートの損傷を防止する。

さらに別の実施形態において、ガラスシートの早期および／または無制御の破損を低減させるガラスシート成形方法は、ガラスバッチ材料を溶解して溶融ガラスを形成するステップと、溶融ガラスをガラスシートへと成形するステップとを含み得る。その後、ガラスシートの少なくとも第１表面に少なくとも１つの牽引ローラで接触して、ガラスシートを下流方向に移動させてもよい。この少なくとも１つの牽引ローラは、シャフト部材と、シャフト部材上に位置付けられた柔軟性カバーアセンブリとを含んでもよい。柔軟性カバーアセンブリは、シャフト部材上に位置付けられた複数の牽引ディスクを含み得る。この複数の牽引ディスクの夫々は、複数のスプリング部材と一体的に形成されている環状ハブを含んでもよく、この複数のスプリング部材は、複数のスプリング部材の夫々の自由先端部が複数のスプリング部材の夫々の基端から放射状に外側に位置するように、環状ハブから外側へと突出していてもよい。複数のスプリング部材の夫々の半径方向ばね定数は、約２ｌｂｆ／ｍｍから約２０００ｌｂｆ／ｍｍまで（約８．９Ｎ／ｍｍから約８８９６．４Ｎ／ｍｍまで）の範囲内でもよい。柔軟性カバーアセンブリがガラスシートの少なくとも第１表面と接触すると、スプリング部材が環状ハブの中心に向かって放射状に内側へと歪み、それによりガラスシートの損傷を防止する。

本開示のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、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、以下の詳細な説明、請求項、さらに添付の図面を含む、本書において説明される実施形態を実施することにより認識されるであろう。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、種々の実施形態を説明したものであること、そして請求される主題の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供するよう意図されているものであることを理解されたい。添付の図面は、種々の実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、また本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は本書において説明する種々の実施形態を示し、そしてその記述とともに、請求される主題の原理および動作の説明に役立つ。

本書において図示および説明される１以上の実施形態による、ガラスシート成形用のガラス延伸装置を概略的に描いた図 ガラスシートの延伸に使用される一対の対向する牽引ローラを含んでいる、延伸アセンブリの概略断面図 本書において図示および説明される１以上の実施形態による、複数の牽引ディスクを用いて形成された牽引ローラを概略的に描いた部分分解図 本書において図示および説明される１以上の実施形態による、図２の牽引ローラの牽引ディスクを描いた概略図 説明のために図３の牽引ディスクの環状ハブと１つのスプリング部材とを描いた概略図 牽引ディスクのスプリング部材が複雑な曲率を有している、牽引ローラ用の牽引ディスクを描いた概略図 牽引ディスクのスプリング部材が接触足部を含んでいる、牽引ローラ用の牽引ディスクを描いた概略図 牽引ディスクのスプリング部材が縁部で結合されている、牽引ローラ用の牽引ディスクを描いた概略図 スプリング部材の上方部分が下方部分に対して傾斜している、牽引ローラ用の牽引ディスクを描いた概略図 説明のために図８の牽引ディスクの環状ハブと１つのスプリング部材とを描いた概略図 本書において説明される１以上の実施形態による、牽引ローラ用の牽引ディスクの別の実施形態を描いた概略図 ガラスシートの表面と係合している、牽引ローラの牽引ディスクの一部分を描いた概略図

ここで、ガラスシートの製造に使用するための牽引ローラの種々の実施形態と、これを組み込んだガラス製造プロセスを詳細に参照する。可能な限り、図面を通じて、同じまたは同様の部分の参照には同じ参照番号を使用する。牽引ローラの一実施の形態が図２に概略的に描かれている。この牽引ローラは、概して、シャフト部材と、シャフト部材上に位置付けられた柔軟性カバーアセンブリとを備えている。柔軟性カバーアセンブリは、環状ハブから放射状に外側に延在しているスプリング部材を有している、複数の牽引ディスクから形成されている。このスプリング部材のばね定数は、一般に、約２ｌｂｆ／ｍｍから約２０００ｌｂｆ／ｍｍまで（約８．９Ｎ／ｍｍから約８８９６．４Ｎ／ｍｍまで）の範囲内である。この牽引ローラ、およびこの牽引ローラを使用してガラスシートを延伸する方法を、特に添付の図面を参照して本書においてより詳細に説明する。

ガラスシート材料は、一般に、ガラスバッチ材料を溶解して溶融ガラスを形成し、その後この溶融ガラスをガラスシートへと成形することによって成形することができる。例示的なプロセスとして、フロートガラスプロセス、スロットドロープロセス、およびフュージョンダウンドロープロセスを挙げることができる。これらの各プロセスにおいては、１以上の牽引ローラを利用して、ガラスシートに接触しかつガラスシートを下流方向に移動させることができる。

例として図１Ａを参照すると、溶融ガラスからガラスシート材料を成形するための例示的なガラス製造装置１００が概略的に描かれており、ここではフュージョンドロー装置を使用して溶融ガラスをガラスシートに成形している。ガラス製造装置１００は、溶解槽１０１、清澄槽１０３、混合槽１０４、送出槽１０８、およびフュージョンドロー装置（ＦＤＭ）１２０を備えている。ガラスバッチ材料が、溶解槽１０１内へと矢印１０２で示したように導入される。このバッチ材料が溶解されて溶融ガラス１０６を形成する。清澄槽１０３は、溶解槽１０１から溶融ガラス１０６を受け入れる高温の処理エリアを有し、ここで溶融ガラス１０６から泡が除去される。清澄槽１０３は連結管１０５で混合槽１０４に連結される。すなわち、清澄槽１０３から混合槽１０４へと流れる溶融ガラスは連結管１０５を通って流れる。さらに混合槽１０４は連結管１０７で送出槽１０８に連結され、このとき混合槽１０４から送出槽１０８へと流れる溶融ガラスは連結管１０７を通って流れる。

送出槽１０８は溶融ガラス１０６を、下降管１０９を通じてＦＤＭ１２０へと供給する。ＦＤＭ１２０はエンクロージャ１２２を備え、エンクロージャ１２２内に注入口１１０、成形槽１１１、および少なくとも１つの延伸アセンブリ１５０が位置付けられている。図１Ａに示されているように、下降管１０９からの溶融ガラス１０６は成形槽１１１へと繋がる注入口１１０内に流れ入る。成形槽１１１は溶融ガラス１０６を受け入れる開口１１２を含み、溶融ガラス１０６はトラフ１１３内に流れ入ると溢れ出て、２つの合流面１１４ａおよび１１４ｂを流れ落ちた後にこの２つの面が結合する底部で融合し、さらに延伸アセンブリ１５０がこれに接触しかつ下流方向１５１へと延伸して、連続したガラスシート１４８を成形する。

図１Ｂを参照すると、延伸アセンブリ１５０の断面が概略的に描かれている。図１Ｂに示したように、延伸アセンブリ１５０は、概して、ガラスシート１４８の両面に接触する、１対の対向する牽引ローラ２００ａ、２００ｂを含んでいる。したがって、ガラスシート１４８は牽引ローラ２００ａと牽引ローラ２００ｂの間で影響を受けることを理解されたい。牽引ローラ２００ａ、２００ｂは、駆動されるものでもよいし（すなわち、牽引ローラ２００ａ、２００ｂを能動的に回転させて、ガラスシート１４８を下流方向１５１に移動させる延伸力を与える）、あるいは受動的なものでもよい（すなわち、ガラスシートが他の牽引ローラによって下流方向１５１に延伸されるときに、牽引ローラ２００ａ、２００ｂがガラスシート１４８に接触して、このガラスシートを安定させる）。

牽引ローラ２００ａ、２００ｂを、フュージョンドロー装置を利用してガラスシートを成形する装置とともに使用されているものとしてここでは説明したが、この牽引ローラは、ガラスバッチ材料を溶解して溶融ガラスを形成し、さらに溶融ガラスをガラスシートへと成形しかつ牽引ローラで延伸する、類似のプロセスで使用することができることを理解されたい。例として、限定するものではないが、本書において説明する牽引ローラを、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、および他の類似したガラス延伸プロセスとともに利用することも可能である。

上で簡単に説明したように、上述のプロセスにおいて使用される牽引ローラはガラスシートに直接接触するため、従来の牽引ローラの摩耗特性に起因して、ガラスの表面に損傷が生じることがある。例えば、従来の牽引ローラの表面にガラス粒子が埋め込まれて、そのため牽引ローラがガラスに接触したときにガラスに損傷をもたらす可能性がある。同様に、従来の牽引ローラは、高温での長期使用により劣化して粒子状物質を落とすことがある。この粒子状物質が柔らかいガラス内に埋め込まれて、ガラスに欠陥が形成される可能性もある。発生源に拘わらず、こういった欠陥および／または損傷はガラス延伸プロセスの際にガラスシートの早期および／または無制御の破損に繋がる可能性があり、これにより製造効率が低下しかつコストが増加し得る。本書において説明する牽引ローラは、スプリング部材を利用してガラスシートに接触する。このスプリング部材は高温で安定している材料から形成され、そのためこの牽引ローラは、長期使用後に容易に劣化したり、あるいは粒子状物質を落としたりすることはない。さらに、牽引ローラはスプリング部材間に開口構造を備えて形成されているため、粒子状物質は牽引ローラの表面に埋め込まれるのではなく、牽引ローラの本体内に容易に包み込むことができる。

ここで図２を参照すると、ガラス製造プロセスにおいて使用するための例示的な牽引ローラ２００が概略的に描かれている。牽引ローラ２００は、概して、シャフト部材２０２と、シャフト部材２０２上に位置付けられる柔軟性カバーアセンブリ２０８とを含む。柔軟性カバーアセンブリ２０８は、シャフト部材２０２上に位置付けられかつ柔軟性カバーアセンブリの接触面２０９を形成する、複数の牽引ディスク２１０を備えている。図２に描いた牽引ローラ２００の実施形態は複数の牽引ディスクを含んでいるが、柔軟性カバーアセンブリ２０８は、１つの牽引ディスクから形成されたものでもよいことを理解されたい。

シャフト部材２０２は、一方の端部にねじ山２２４を含み得、また対向する端部には肩部２２２が形成されている。牽引ディスク２１０は肩部にぶつかるように位置付けてもよく、さらにナット、または例えばテーパピンなどの別の適切な締結具を用いて、シャフト部材に固定してもよい。肩部２２２は、牽引ローラ２００を能動的に回転させるためのフレームまたは機構に牽引ローラ２００を固定するのをさらに助けることもできる。本書において説明するいくつかの実施形態において、シャフト部材２０２はキー２２５をさらに備え、このキー２２５は、図２に示したように、柔軟性カバーアセンブリ２０８の牽引ディスク２１０内に形成された対応するキー溝２５０と係合するためものである。他の実施形態において（図示なし）、シャフト部材は、牽引ディスクに形成された対応するキーに係合するキー溝を備えて形成される。キーとキー溝との間の相互作用により、牽引ローラ２００が回転しているときに牽引ディスク２１０はシャフト部材２０２上で回転しない。

図３および４を参照すると、牽引ローラ２００の柔軟性カバーアセンブリ内で使用される、牽引ディスク２１０が概略的に描かれている。本書において説明する実施形態において、牽引ディスク２１０は、概して、環状ハブ２０６と複数のスプリング部材２０４とを備えている。複数のスプリング部材２０４は、環状ハブ２０６と一体的に形成され、かつ図３に描いたように環状ハブ２０６から放射状に外側に突出している。図４に最も良く示されているが、各スプリング部材２０４は基端２１４と自由先端部２１２との間で延在しているものである。具体的には、各スプリング部材２０４は基端２１４の位置で環状ハブ２０６に一体的に取り付けられ、このときスプリング部材の自由先端部２１２は、基端２１４および環状ハブ２０６から放射状に外側に位置する。図３に描いた牽引ディスク２１０の実施形態において、環状ハブ２０６および複数のスプリング部材２０４は、実質上同じ、同一平面上にある。

各牽引ディスク２１０のスプリング部材２０４は環状ハブ２０６に対して弾性的に曲がるように設計されているため、ガラスシートに延伸力を加えるよう牽引ローラを押してガラスシート表面に接触させたとき、スプリング部材２０４は環状ハブ２０６に対して弾性的に変位する。その結果、ガラスシートに延伸力を与えている間、スプリング部材２０４がガラスシートを損傷することはない。

より具体的には、各牽引ディスクのスプリング部材２０４の半径方向ばね定数（すなわち、環状ハブ２０６からの放射状の突出に沿ったばね定数）は、一般に、約２ｌｂｆ／ｍｍから約２０００ｌｂｆ／ｍｍまで（約８．９Ｎ／ｍｍから約８８９６．４Ｎ／ｍｍまで）、またはさらに約５ｌｂｆ／ｍｍから約１５００ｌｂｆ／ｍｍまで（約２２．２Ｎ／ｍｍから約６６７２．３Ｎ／ｍｍまで）の範囲である。ばね定数がこの範囲内であると、ガラスシートを損傷しないように十分に柔軟であると同時に、牽引ローラでガラスシートを延伸するのを助けるよう、ガラスシートの表面に対して適当な牽引力を与える得る程度の堅さを有する牽引ローラが生成される。

上述したように、ダウンドロープロセス中には、ガラスのかけらのような破片や他の粒子状物質が牽引ローラと接触する可能性がある。この破片が牽引ローラの柔軟性カバーアセンブリの接触面に埋め込まれ、それによりこの牽引ローラで延伸しているガラスシートを損傷することになるのを防ぐため、牽引ディスク２１０のスプリング部材２０４は軸方向および接線方向に十分に柔軟（compliant）である。すなわち、破片が柔軟性カバーアセンブリの接触面との間に当たったときに、スプリング部材が接線方向および／または軸方向に変位することで破片をスプリング部材間に通し、この破片を完全に牽引ローラを通り抜けさせることによって、あるいは柔軟性カバーアセンブリ内に完全に包み込むことによって、破片を柔軟性カバーアセンブリの表面から離れさせることができ、こうしてガラスシートの損傷を軽減させる。本書において説明する牽引ローラの実施形態において、スプリング部材２０４の軸方向ばね定数（すなわち、図３に描かれている座標軸の±ｚ方向におけるばね定数）は一般に、ローラの傾斜角度（すなわち、水平に対するローラの長軸の角度）の設定を助けるよう十分に低いものである。例えば、軸方向ばね定数は、約０．２５ｌｂｆ／ｍｍから約１５０ｌｂｆ／ｍｍまで（約１．１Ｎ／ｍｍから約６６７．２Ｎ／ｍｍまで）でもよいし、あるいはさらに約５ｌｂｆ／ｍｍから約７５ｌｂｆ／ｍｍまで（約２２．２Ｎ／ｍｍから約３３３．６Ｎ／ｍｍまで）でもよい。接線方向ばね定数（すなわち、矢印２４０の方向におけるばね定数）は、スプリング部材の自由先端部の位置が過剰に偏位して一定のシート速度の維持を妨げ得ることがない程度に高いものとするべきである。本書において説明する実施形態において、接線方向ばね定数は、約２ｌｂｆ／ｍｍから約７５ｌｂｆ／ｍｍまで（約８．９Ｎ／ｍｍから約３３３．６Ｎ／ｍｍまで）でもよいし、あるいはさらに約５ｌｂｆ／ｍｍから約５０ｌｂｆ／ｍｍまで（約２２．２Ｎ／ｍｍから約２２２．４Ｎ／ｍｍまで）でもよい。

ここで図２〜４を参照すると、本書において説明する牽引ローラの実施形態において、牽引ディスク２１０のスプリング部材２０４は、隣接するスプリング部材２０４の基端間の円周方向における間隔Ｇが約０．０１ｍｍ以上となるように環状ハブ上に形成される。この間隔は、柔軟性カバーアセンブリ２０８の接触面２０９に破片が埋め込まれることなく、この破片を円周方向に隣接しているスプリング部材２０４間に十分に通過させ得るものである。いくつかの実施形態において、間隔Ｇは約０．０５ｍｍ以上でもよい。

スプリング部材２０４の円周方向における厚さＴは、一般に、牽引ディスク２１０を形成している材料の種類や、スプリング部材の所望のばね定数に依存する。本書において説明する実施形態において、スプリング部材２０４の厚さＴは、一般に、約０．２５ｍｍから約３．００ｍｍの範囲内である。いくつかの実施形態においては、スプリング部材の厚さＴは、約０．２５ｍｍから約１．５ｍｍでもよい。ただし、スプリング部材２０４は、牽引ディスク２１０作製時の材料の種類、および／またはスプリング部材の所望のばね定数に応じて、他の厚さを有し得ることを理解されたい。さらに、スプリング部材２０４の厚さＴは、図４に示されているように基端２１４と自由先端部２１２との間で不均一なものでもよいが、他の実施形態（図示なし）においては、スプリング部材２０４の厚さＴを基端２１４と自由先端部２１２との間で均一なものとしてもよい。

図２〜４をさらに参照すると、本書において説明する牽引ローラ２００の実施形態において、牽引ディスク２１０の環状ハブ２０６の外径ｄは一般に約１８ｍｍから約７５ｍｍまでの範囲内であり、一方牽引ディスクの外径Ｄは約６０ｍｍから約２００ｍｍまでの範囲内である。したがって、牽引ローラ２００の柔軟性カバーアセンブリの外径も同様に、約６０ｍｍから約２００ｍｍまでの範囲内であることを理解されたい。

スプリング部材２０４の軸方向厚さｔ（すなわち、図３に描かれている座標軸の±ｚ方向における厚さ）および環状ハブ２０６の厚さは、一般に、約０．５０ｍｍから約１０５ｍｍまでの範囲内である。さらに、所与の材料に対し、スプリング部材２０４の軸方向厚さｔを、スプリング部材２０４の軸方向ばね定数を調節するために増加させてもよいし、あるいは減少させてもよい。いくつかの実施形態において、環状ハブ２０６の軸方向厚さは、スプリング部材２０４の軸方向厚さよりも厚くてもよい。これらの実施形態において、環状ハブ２０６は、牽引ディスク２１０がシャフト部材２０２上に固定されたときに、軸方向に隣接するスプリング部材２０４間の所望の間隔を得るのに利用される。したがって、牽引ディスク２１０は、軸方向に隣接するスプリング部材間で所望の間隔を得るために、様々な厚さを有する環状ハブを用いて形成し得ることを理解されたい。

本書において説明する牽引ローラ２００の実施形態においては、牽引ローラをガラス基板の平面表面に対して押し付けたときに所望の機械的応答（すなわち、所望の弾性変形および弾性応力）を得るために、スプリング部材２０４を特有の輪郭で形成してもよい。例えば図２〜４は、自由先端部２１２と基端２１４との間で湾曲しているスプリング部材を有する牽引ディスク２１０から構成された、牽引ローラ２００の一実施の形態を描いたものであるが、このときスプリング部材の自由先端部がガラスシートの平面表面と係合すると、スプリング部材は環状ハブの中心に向かって放射状に内側へと弾性的に歪む。いくつかの実施形態において、スプリング部材２０４の曲率半径Ｒは自由先端部２１２と基端２１４との間で一定である。これらの実施形態において、曲率半径Ｒは、約１０ｍｍから約８０ｍｍまででもよいし、またはさらに約１０ｍｍから約４０ｍｍまででもよい。これらの実施形態においてスプリング部材２０４は、一般に、スプリング部材２０４がガラスシートの表面と接触したときに容易に曲がるよう、牽引ローラの下方延伸用回転方向と反対の方向に湾曲している。例えば、図１Ｂの牽引ローラ２００ａの下方延伸用回転方向は時計回りの方向であり、一方そのスプリング部材２０４は反時計回りの方向に湾曲している。

他の実施形態において、スプリング部材２０４は複雑な曲率を有するものでもよい。例えば、いくつかの実施形態において各スプリング部材の曲率半径は、スプリング部材２０４の基端２１４からスプリング部材２０４の自由先端部２１２に向かって増加してもよい。他の実施形態において、各スプリング部材の曲率半径は、スプリング部材の基端２１４からスプリング部材２０４の自由先端部２１２に向かって減少してもよい。さらに他の実施形態においては、スプリング部材２０４を形成する際に、スプリング部材の異なるセグメントが異なる半径を有しおよび／または異なる方向に湾曲するような、複雑な曲率を用いてもよい。例えば、図５は牽引ディスク２３４の一実施の形態を描いたものであり、ここでスプリング部材は下方部分２２７（すなわち、環状ハブ２０６に最も近いスプリング部材の部分）と上方部分２２６とを有している。この実施形態において、各スプリング部材２０４の下方部分２２７は第１の曲率半径を有しかつ反時計回りの方向に湾曲しており、一方スプリング部材２０４の上方部分２２６は第２の異なる曲率半径を有しかつ時計回りの方向に湾曲している。これらの実施形態において、スプリング部材の上方部分２２６は、牽引ローラの下方延伸用の回転の方向と反対の方向に概して湾曲する。したがって、図５に描いた牽引ディスク２３４の実施形態において、牽引ローラの下方延伸用の方向は反時計回りの方向である。

ここで図６を参照すると、別の実施形態の牽引ディスク２３０が概略的に描かれている。この実施形態において、牽引ディスク２３０はスプリング部材２０４を備えて形成され、このスプリング部材２０４は、各スプリング部材２０４の自由先端部２１２上に形成された接触足部２１６を含んでいる。この接触足部２１６によって、スプリング部材２０４と、牽引ディスク２３０で延伸されるガラスシートの表面との間の接触面積が増加する。スプリング部材２０４とガラスシートの表面との間の接触面積が増加すると、牽引ディスクとガラスシートとの間の摩擦が増加して、シャフト部材からガラスシートに与えられるトルクをより増大させることが可能となる。それによりスプリング部材２０４の弾性を減少させることなくガラスシート上に加えられる下方延伸力を増加させることが可能となって、ダウンドロープロセス中にガラスシートを損傷する可能性を軽減することができる。

上記のように、牽引ディスクを形成する際には、牽引ディスクがシャフト部材上で回転するのを防止するキー溝を設けてもよい。図６に描いた牽引ディスク２３０の実施形態において、キー溝２５０は環状ハブ２０６内に形成されたアパーチャである。キー溝２５０は、シャフト部材に添えられた対応するキー（図示なし）を受け入れるような形状であり、それにより牽引ディスク２３０がシャフト部材上で回転するのを防止する。

ここで図７を参照すると、別の実施形態の牽引ディスク２３２が概略的に描かれている。この実施形態において、牽引ディスク２３２は縁部２１８を含む。この縁部２１８は、複数のスプリング部材のうちの各スプリング部材の自由先端部を、同じ牽引ディスク上の隣接するスプリング部材の自由先端部と結合させる。この実施形態においては、スプリング部材と、牽引ディスク２３２で延伸されるガラスシートの表面との間の接触面積が、縁部２１８により増加する。スプリング部材２０４とガラスシートの表面との間の接触面積が縁部２１８により増加すると、牽引ディスクとガラスシートとの間の摩擦が増加して、シャフト部材がガラスシートに与えるトルクを増大させることが可能となり、それによりガラスシート上に加えられる下方延伸力が増加する。さらに、牽引ディスク２３２のスプリング部材２０４が湾曲しているため、縁部を環状ハブ２０６に対して変位させることができ、それによりダウンドロープロセス中にガラスシートを損傷する可能性が軽減する。

本書では牽引ローラを、湾曲したスプリング部材を有している牽引ディスクから構成されているものとして説明してきたが、他の実施形態の牽引ディスクも意図されていることを理解されたい。例えば、図８および９は、角のあるスプリング部材２０４を備えて形成された牽引ディスク２３６を描いたものである。具体的には、牽引ディスク２３６は複数のスプリング部材２０４と一体的に形成された環状ハブ２０６を含み、この複数のスプリング部材２０４は上述したものと同様に環状ハブ２０６から放射状に外側に延びている。各スプリング部材は上方部分２２６と下方部分２２７とを含み、スプリング部材２０４の上方部分２２６は下方部分２２７に対して角度αで配向されている。スプリング部材２０４の上方部分２２６を下方部分２２７に対して曲げることで、下方部分２２７と上方部分２２６との交差位置に屈曲点が提供され、スプリング部材を所望のばね定数で形成するのを助ける。具体的には、この屈曲点の位置や角度αを選択して、スプリング部材を所望のばね定数のものとすることができる。上方部分２２６と下方部分２２７との間の角度αは、限定するものではないが、約１０°でもよいし、あるいは約３０°でもよい。いくつかの他の実施形態において、角度αは、約４５°でもよいし、あるいは約６０°でもよい。

図３〜９に描かれている牽引ディスクは、ガラスダウンドロープロセス中に直面する最大約９００℃に達し得る昇温状態で、その機械的特性を保持するような材料から形成してもよい。適切な材料としては、限定するものではないが、金属、セラミック、金属マトリクス複合材料、および鉱物系材料が挙げられる。例えば、牽引ディスクは、限定するものではないが、Ｒｅｎｅ４１、Ｈａｙｎｅｓ２８２、または類似のニッケルベース合金を含む、ニッケルベース合金から形成してもよい。適切なセラミックの材料の例としては、限定するものではないが、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、炭化ホウ素、サイアロン（ＳＩＡＬＯＮ）、または類似のセラミック材料が挙げられる。適切な鉱物材料としては、限定するものではないが、金雲母などのバルクの雲母材料が挙げられる。図３〜９に描いた牽引ディスクは、例えば、放電加工（ＥＤＭ）またはウォータジェット加工技術などの、従来の加工技術を用いて形成してもよい。

代わりの実施形態の牽引ディスク２３８が、図１０に概略的に描かれている。牽引ディスク２３８は、環状ハブ２０６と複数のスプリング部材２０４とを含んでいる。この実施形態において、スプリング部材２０４は、所望のばね定数（すなわち、６０ｌｂｆ／ｍｍ（２６６．８８Ｎ／ｍｍ）から２０００ｌｂｆ／ｍｍ（８８９６Ｎ／ｍｍ）までの範囲内のばね定数）を得るように成形された剛毛状のものである。ただし、この実施形態においては、ハブの材料を選択的にエッチングして個々のスプリング部材を形成することによりスプリング部材２０４が形成されている。この実施形態の牽引ディスク２３８は、図３〜９に描いた牽引ディスクの実施形態に関連して上述したものと同じ材料から形成してもよい。

牽引ディスクが形成されると、牽引ディスクの耐酸化性および耐摩耗性を向上させるような材料で、この牽引ディスクをコーティングしてもよい。例えば、牽引ディスクの耐酸化性および／または耐摩耗性を向上させる、ステライト＃６（Stellite 6）、ステライト＃１２（Stellite 12）、または他の類似のコーティング材料で、牽引ディスクをコーティングしてもよい。

再び図２を参照すると、個々の牽引ディスク２１０は、各牽引ディスク２１０のキー溝２５０がシャフト部材２０２に形成されたキー２２５と係合するようにして、シャフト部材２０２上に組み立てられる。図２に描いた牽引ローラ２００の実施形態においては、牽引ディスク２１０を肩部２２２に押し付けて位置付け、かつナット（図示なし）をシャフト部材のねじ山２２４に通して牽引ディスクをシャフト部材２０２に固定し、こうして牽引ローラの柔軟性カバーアセンブリ２０８を形成する。いくつかの実施形態において、各牽引ディスクがシャフト部材上に位置付けられるときの、隣接する牽引ディスク間の軸方向の間隔Ｓ（すなわち、図２に示されている座標軸のｚ方向における間隔）は、約０．０ｍｍ超から約２５ｍｍであり、あるいはさらに約０．０ｍｍから約２５ｍｍである。いくつかの実施形態において、隣接する牽引ディスク間の軸方向の間隔Ｓは、約０．７５ｍｍから約６ｍｍでもよい。１つの牽引ディスクにおけるスプリング部材間の間隔Ｇ（図３に図示されている）とともに、隣接する牽引ディスク間の軸方向の間隔Ｓにより、破片は、柔軟性カバーアセンブリの表面に埋め込まれるのではなく、柔軟性カバーアセンブリ２０８内に入って柔軟性カバーアセンブリを通過することが可能となり、それによりダウンドロープロセス中にガラスシートを損傷するのを防ぐことができる。

図２に描いた牽引ローラ２００の実施形態においては、牽引ディスク２１０をキー２２５上に位置付けるとき、各牽引ディスクが隣接する牽引ディスクから回転方向にずれるように個々の牽引ディスク２１０がキー固定され、したがって軸方向に隣接する牽引ディスクのスプリング部材は互いに位置合わせされていない。ただし、他の実施形態においては、軸方向に隣接する牽引ディスクのスプリング部材が互いに位置合わせされるように、個々の牽引ディスク２１０を一致させてキー固定してもよい。

ここで図１Ｂおよび１１を参照すると、ダウンドローガラス成形プロセス中に延伸アセンブリ１５０の牽引ローラ２００ａ、２００ｂは、ガラスシート１４８に夫々第１平面表面１４９および第２平面表面１５２で接触し、このときスプリング部材２０４の少なくとも自由先端部２１２がガラスシートに接触する。各スプリング部材がガラスシートの表面に接触すると、スプリング部材は環状ハブ２０６の中心に向かって（すなわち、矢印３５０の方向に）放射状に内側に歪み、シャフト部材からのトルクをガラスシート１４８に伝達して、それによりガラスシートを下流方向１５１に延伸する。例えば図１１に描いたように、牽引ローラは反時計回りの方向１５３に回転している。スプリング部材２０４ａおよび２０４ｃはガラスシート１４８の表面１４９と接触していないため、スプリング部材２０４ａおよび２０４ｃは歪んでいない。しかしながら、スプリング部材２０４ｂがガラスシート１４８の表面１４９に接触するよう回転すると、このスプリング部材は環状ハブ２０６の中心に向かって放射状に内側に歪み、同じく回転しているシャフト部材が牽引ローラを通じてガラスシートにトルクを加え、それによりガラスを下流方向１５１に延伸する。

さらに図１１を参照すると、破片や、あるいは粒子３００などの他の粒子状物質がガラスシート１４８の表面１４９上に存在している場合、ガラスシート１４８が下流方向１５１に延伸されているときにスプリング部材２０４が粒子３００と接触すると、このスプリング部材２０４は粒子３００により放射状に内側へと歪み、それによりガラスシート１４８の表面１４９に対する粒子３００の点荷重が減少して、その結果ガラスシートへの損傷が軽減される。さらに、ガラスシート１４８の表面に対する粒子３００の任意の点荷重は、粒子のサイズに応じて、単一のスプリング部材に対するものか、あるいはすぐ隣接したスプリング部材からなる局所的な群に対するものに限定される。そのため、残りのスプリング部材はガラスシートと接触した状態で維持され、ガラスシートに延伸力を与え続ける。

ここで、本書において説明する牽引ローラは、ガラス製造プロセスにおいてガラスシートを延伸および／または誘導するために使用し得ることを理解されたい。具体的には、牽引ディスクのスプリング部材は滑らかで弾力性のある接触面を呈するものであるため、ガラスシートの表面に損傷を与えることなく、この接触面でガラスシートに接触することができる。牽引ローラは昇温状態での使用に適した材料から構成されているため、この牽引ローラは、昇温状態での長期使用で容易に劣化することはないし、あるいはガラス延伸プロセスの品質を低下させる可能性のある粒子状物質および／または破片を落とすことがない。さらに、牽引ディスクのスプリング部材は、軸方向、半径方向、および接線方向に十分に弾力性があり、粒子状物質をスプリング部材間に包み込んで、ガラスシートへの損傷を低減するのを助ける。

本書において説明する牽引ローラのスプリング部材によれば、ローラの半径方向の柔軟性が高まるため、ガラスシートに対してより均一な延伸力を与えることができる。さらに、このスプリング部材は、ガラスシートに与える接触圧力およびせん断力を減少させながら、ローラ表面の接触面積を増加させることもできる。特に、このスプリング部材はガラスシートの表面上での粒子由来の点荷重を軽減または排除して、ガラスシートの亀裂および／または壊滅的な破損を減少させる。

請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、本書において説明された実施形態の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。すなわち、本書において説明した種々の実施形態の改変および変形が、添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本明細書はこのような改変および変形を含むと意図されている。

１５０ 延伸アセンブリ
２００、２００ａ、２００ｂ 牽引ローラ
２０２ シャフト部材
２０４ スプリング部材
２０６ 環状ハブ
２０８ 柔軟性カバーアセンブリ
２１０、２３０、２３２、２３４、２３６、２３８ 牽引ディスク
２１２ 自由先端部
２１４ 基端
２１６ 接触足部
２１８ 縁部
２２５ キー
２５０ キー溝

Claims (10)

1. ダウンドロープロセスにおいてガラスシートを延伸するための牽引ローラにおいて、該牽引ローラが、
   シャフト部材と、
   前記シャフト部材上に位置付けられた少なくとも１つの牽引ディスクを含む、前記シャフト部材上に位置付けられた柔軟性カバーアセンブリと、
   を備え、前記少なくとも１つの牽引ディスクが、
   環状ハブ、および、
   前記環状ハブと一体的に形成されている複数のスプリング部材であって、該複数のスプリング部材が、該複数のスプリング部材の各スプリング部材の自由先端部が該複数のスプリング部材の該各スプリング部材の基端から放射状に外側に位置するように、前記環状ハブから外側へと突出しており、前記複数のスプリング部材の夫々の半径方向ばね定数が２ｌｂｆ／ｍｍ（約８．９Ｎ／ｍｍ）から２０００ｌｂｆ／ｍｍ（約８８９６．４Ｎ／ｍｍ）までの範囲内にある、複数のスプリング部材、
   を含み、前記柔軟性カバーアセンブリが前記ガラスシートの平面表面と係合すると、前記複数のスプリング部材の少なくとも一部分が前記環状ハブの中心に向かって放射状に内側へと歪み、それにより前記ガラスシートの損傷を防止するものである牽引ローラ。
2. 前記複数のスプリング部材の各スプリング部材が、前記自由先端部と前記基端との間で湾曲していることを特徴とする請求項１記載の牽引ローラ。
3. 前記複数のスプリング部材の各スプリング部材が、１０ｍｍから８０ｍｍまでの間の曲率半径を有することを特徴とする請求項１または２記載の牽引ローラ。
4. 前記複数のスプリング部材の各スプリング部材の曲率半径が、一定であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の牽引ローラ。
5. 前記少なくとも１つの牽引ディスクが、複数の牽引ディスクを含むことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の牽引ローラ。
6. 前記環状ハブが、前記シャフト部材上に形成された対応するキー溝またはキーと夫々係合する、キーまたはキー溝を備えていることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の牽引ローラ。
7. １つの牽引ディスク上で、前記複数のスプリング部材の各スプリング部材の前記自由先端部と、これに隣接するスプリング部材の前記自由先端部とを結合させる、縁部をさらに備えていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の牽引ローラ。
8. ガラスシートを成形する方法において、該方法が、
   ガラスバッチ材料を溶解して溶融ガラスを形成するステップ、
   前記溶融ガラスをガラスシートへと成形するステップ、
   前記ガラスシートの第１表面に少なくとも１つの牽引ローラを接触させて前記ガラスシートを下流方向に移動させるステップ、
   を含み、
   前記少なくとも１つの牽引ローラが、
   シャフト部材、および、
   前記シャフト部材上に位置付けられた柔軟性カバーアセンブリ、
   を備え、該柔軟性カバーアセンブリが、
   前記シャフト部材上に位置付けられた複数の牽引ディスクであって、該複数の牽引ディスクの夫々が、複数のスプリング部材と一体的に形成されている環状ハブを備え、該複数のスプリング部材が、該複数のスプリング部材の夫々の自由先端部が該複数のスプリング部材の夫々の基端から放射状に外側に位置するように、前記環状ハブから外側へと突出しており、前記複数のスプリング部材の夫々の半径方向ばね定数が２ｌｂｆ／ｍｍ（約８．９Ｎ／ｍｍ）から２０００ｌｂｆ／ｍｍ（約８８９６．４Ｎ／ｍｍ）までの範囲内にある、複数の牽引ディスクを含み、前記柔軟性カバーアセンブリが前記ガラスシートの前記第１表面と接触すると、前記スプリング部材が前記環状ハブの中心に向かって放射状に内側へと歪み、それにより前記ガラスシートの損傷を防止するものである、方法。
9. 前記複数のスプリング部材の各スプリング部材が、前記自由先端部と前記基端との間で湾曲していることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記複数のスプリング部材の各スプリング部材の曲率半径が、一定であることを特徴とする請求項８または９記載の方法。

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