JP6444346B2 - 脆性材料の板材の荷重検査を行うための装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は一般的に、材料の材料検査に関する。具体的には本発明は、脆性材料製の板材、とりわけガラス製板材の破損耐性を検査するための装置および方法に関する。
脆性材料としてのガラスは、決まった荷重限界が無いという特殊な破損特性を示す。むしろ、破損特性を決定する決定的要因は、統計的パラメータである。よってガラスリボンの強度は、確率としてしか予測することができない。特定のガラス片がどのような荷重に耐えられるかについて確信を得るためには、ガラスに所定の荷重をかけることができる。ガラスがかかる試験を合格した場合には、当該ガラスは将来的にも、同等の荷重に耐えられる可能性が高いと推定することができる。
よって、品質保証を目的として、製造されたガラス全体を検査するための荷重検査を行うことができる。
これについては、米国特許出願公開第２００８／００８３２８８号明細書（US 2008/0083288 A1）から、脆性材料のプレートをローラによって曲げて移動させる、かかるプレートのプルーフテスト手法が記載されている。このように曲げることによって引張応力がかかり、この引張応力が、予め定まった強度値に相当する。米国特許第４３４６６０１号明細書（US 4,346,601 A）に、ガラス繊維のプルーフテストを行うための、複数のローラを備えた相応のシステムが公知である。
米国特許出願公開第２００８／００８３２８８号明細書に記載の手法では、予め規定された強度値より大きい強度を示すプレートが特定される。しかし、かかる手順の欠点は、この予め規定された強度値はローラ直径とガラス厚とによって決まることである。引張応力の自由に選択した値について材料の試験を行うことは、容易ではない。予め規定された強度値を変化させたい場合には、別の直径を有するローラに交換しなければならない。一般的には、ガラスの両面について試験を行いたいとの要請があるため、この場合、１つのガラスを少なくとも２つのローラによって曲げる必要も出てくる。よって、２つ以上のローラを交換する必要がある。
引張荷重下での脆性材料の破損時における１つの現象は、いわゆる応力腐食割れである。かかる材料が、たとえば特にガラス等が、持続的な引張荷重を受けると、この応力腐食割れによって、時間的に遅延する破損が生じ得る。非常に短時間にわたってガラスに機械的応力を加えるプルーフテストの場合には、応力腐食割れは十分に発生せず、ガラスがプルーフテストに合格する場合があるが同等またはより小さい荷重の場合、比較的遅い時点になると破損する。
よって本発明の課題は、検査がなされる所定の強度値をフレキシブルに設定できるように、特にガラス等の脆性材料の強度の検査を改善すること、および、かかる試験の信頼性を向上させることである。
前記課題は、独立請求項に記載の発明によって解決される。各従属請求項に、本発明の有利な実施形態が記載されている。
それによれば本発明は、互いに反対側の２つの面を有する脆性材料から成る板状部材、とりわけガラスから成る板状材料の強度を検査するための方法を対象とする。かかる部材は、引張荷重下での規定の破損耐性について検査される。こうするためには、
・部材を各側の面で少なくとも１回、ローラを介して案内し、
・これにより部材が曲がって、反対側の面がローラ表面と接触する領域において各側の面に引張応力がかかり、
・部材に移動方向の張力を与えることにより、両側の面が少なくとも２ＭＰａ、有利には少なくとも５ＭＰａ、特に有利には少なくとも１０ＭＰａの引張応力を受けるようにし、
・前記引張応力と、各ローラによる曲げによって当該ローラとは反対側の面に生じる引張応力とが加算されて合成引張応力が得られ、
かかる合成引張応力のレベルにおいて部材が規定の破損耐性を示すか、または、加えられた当該合成引張応力下で部材が破損するかを監視して特定する。
上述のことにより、部材の最低耐荷重能も、当該部材が耐えるべき引張応力であって、ローラによる部材の曲げによって引き起こされる引張応力より高い引張応力として設定することができる。検査を行うためには、合成引張応力が、部材が耐えるべき設定引張応力と少なくとも同等の大きさになるように、部材に対して、少なくとも２ＭＰａの引張応力に相当する移動方向の張力を設定する。
上述の方法に対応する、引張荷重下での規定の破損耐性についての、脆性材料から成る板状部材の検査を行うための装置は、
・搬送装置と、
・少なくとも２つのローラと
を有し、
・搬送装置は、部材が曲がって、反対側の面がローラのローラ表面と接触する領域において各側の面に引張応力がかかるように、ローラを介して部材を案内するように構成されており、
・部材の両側の面が少なくとも２ＭＰａ、有利には少なくとも５ＭＰａ、特に有利には少なくとも１０ＭＰａの引張応力を受けるように、部材に移動方向の張力を与えるように構成された引張装置が設けられており、
・前記引張応力と、各ローラによる曲げによって当該ローラとは反対側の面に生じる引張応力とが加算されて合成引張応力が得られ、
監視装置が設けられており、当該監視装置は、かかる合成引張応力のレベルにおいて部材が規定の破損耐性を示すか、または、加えられた当該合成引張応力下で部材が破損するかを観察して特定するように構成されている。
このように追加的に引張応力を加えることは、２つの技術的効果および利点を奏する。本発明により、ローラ半径により固定的に定まっている引張応力に、調整可能な所定の大きさを追加することによって、材料についての検査対象である引張応力をフレキシブルに調整することができるようになる。もう１つの効果は、この追加的な引張応力は検査中持続的に作用し続け、部材がローラ上を移動する前に既に応力腐食割れを開始できることである。このことにより、欠陥を有する脆性部材をより良好に検出することができる。というのも、かかる試験は、遅延する破損に対しても高感度だからである。欠陥において亀裂成長を開始させ、遅延する破損を伴うこの欠陥を検査において発見できるようにするためには、２ＭＰａの値が有利であることが判明している。
本発明の１つの用途は、高温成形も含む製造プロセス中の板状ガラス部材のインライン検査である。よって、本発明の１つの対象は、
板状のガラス品を成形するための、とりわけガラスリボンを成形するための高温成形装置と、
検査を行うための本発明の装置と
を備えたガラス製造システムである。
一実施形態では、ガラスリボンの形態の脆性材料から成る部材をローラによって案内し、その後、巻き取ってロールにする。本発明によってガラスの重大な欠陥についての検査を行うことにより、ロールとしてのガラスリボンの保管時の破損の確率、または、後続処理時の破損の確率が、大きく低減する。
本発明はさらに、０．４ｍｍ未満の厚さを有する薄板ガラスの検査にも適している。特に有利なのは、１００μｍ以下のガラス厚に本発明を使用することである。まさにかかる薄板ガラスは、フレキシビリティが重要であるために曲げ荷重下で使用される用途に使用されることが多い。しかし有利には、ガラス厚は少なくとも５μｍである。
以下、他の実施形態に基づき、添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図面中、同一の符号はそれぞれ、同一または対応する要素を示している。
脆性材料から成る板状部材を検査するための装置の各部分を示す図である。 装置のローラの高さおよび距離が図３と異なる、ローラの側面図である。 装置のローラの高さおよび距離が図２と異なる、ローラの側面図である。 ガラス製造システムを示す図である。 破損箇所を有するガラスリボンを示す図である。 製造された薄板ガラスロール１０３を取り出すためのステップを示す図である。 製造された薄板ガラスロール１０３を取り出すためのステップを示す図である。 製造された薄板ガラスロール１０３を取り出すためのステップを示す図である。 複数の個別の板状部材が搬送される、図１に示された実施例の一変形態様を示す図である。 ３つのローラにおけるガラスリボンの輪郭形状を表す３次スプライン関数を示す３つのグラフである。
図１は、脆性材料から成る板状部材１を検査するための本発明の装置２の基本的要素を示す図である。その板状の形状により、部材は、２つの互いに反対側の面１０，１１を有する。典型的には、これら両側の面１０，１１は互いに平行にも延在する。とりわけ平坦である両側の面１０，１１は、縁辺ないしはエッジ面を介して互いに結合されている。よって、部材１は特に、たとえばガラスファイバケーブル等の、外側面を１つのみ有する丸形の部材ではない。
特に有利な一実施形態では、脆性材料はガラスである。また、部材１はガラスリボン１００である。ガラスリボン１００は搬送装置７を用いて、当該ガラスリボン１００の長手方向１０１において移動する。かかる移動の際には、部材１、ないしは具体的にガラスリボンは、３つのローラ４，５，６から成る構成体を通過する。
装置２により、部材１が引張荷重下で規定の破損耐性を有することの検証がなされる。こうするためには、部材をローラ４，５，６によって曲げる。部材１が両側の面で少なくとも１回、ローラ４，５，６によって案内されるように、ローラ４，５，６を介してガラスリボン１００を案内する。
具体的には、ガラスリボン１００はまず最初に、面１１でローラ４上を移動し、その後、反対側の面１０でローラ５上を移動し、最後に再び面１１で、ローラ６上を移動する。このとき、ガラスリボンは曲げられる。ローラ５上を移動している側の面１０の湾曲は凹状となり、その反対側の面１１の湾曲は凸状となる。ローラ４および６上を移動している側の面１０の湾曲は凸状となり、その反対側の面１１の湾曲は凹状となる。凸状の湾曲では、曲率半径により定まる引張応力が生じ、それと同時に、現時点でローラ表面４０，５０，６０上を移動している側の面は、凹状に湾曲した領域において圧縮応力を受ける。後者は重大なものではなく、破損を引き起こすものではない。
ローラ４，５，６を介してガラスリボン１００を移動させるため、搬送装置７が設けられている。この搬送装置７によって部材１は、ここではガラスリボン１００は移動し、かつ、両側の面１０，１１が少なくとも２ＭＰａの引張応力を受けるように、移動方向の張力が部材１にかかる。この引張応力は、ローラとは反対側の面１０，１１において各ローラにより生じる曲げに起因する引張応力に加算されて、合成引張応力となる。部材１に重大な欠陥が存在する場合、この加わった引張応力によって、ローラ４，５，６に載っている面の領域に破損が生じることとなる。かかる合成引張応力のレベルにおいて部材１が規定の破損耐性を示すか、または、加えられた当該合成引張応力下で部材１が破損するかを観察して特定するために、適切なセンサ１３を設けることができる。このセンサはたとえば、ローラ４，５，６の領域を監視する光学的センサ、とりわけカメラとすることができる。追加的な引張応力は、さらに格段に大きくすることができ、たとえば少なくとも５ＭＰａ、または少なくとも１０ＭＰａとすることもできる。
搬送装置７によってかけられる追加的な引張応力は、正確に所望値に最大合成引張応力を調整され得る。よってこれにより、部材１の最低耐荷重能も、当該部材が耐えるべき引張応力として設定することができる。これは、ローラ４，５，６による曲げのみによって生じる引張応力を超える。したがって、合成引張応力が所定の最低耐荷重能と少なくとも同等の大きさになるように、部材１に対して、少なくとも２ＭＰａの引張応力に相当する移動方向の張力を設定する。よってたとえば、所与のガラス厚において、ローラ４，５，６によってローラ表面とは反対側の面に５ＭＰａの引張応力がかかるが、３０ＭＰａの最低耐荷重能について部材１を試験したい場合には、搬送装置によって追加の５ＭＰａの引張応力がかけられ、場合によってはそれより高い引張応力がかけられる。
本発明の一実施形態では、部材１にかかる張力は、搬送方向でみてローラ４，５，６に後置された搬送ベルト８であって、部材１に密着する搬送ベルト８を引っ張ることによりかかる。かかる実施形態では、とりわけ吸引によって、部材１を搬送ベルト８に密着させることができる。よって本発明の当該実施形態では、搬送ベルト８は真空コンベアベルトである。搬送ベルト８の駆動により張力を形成するため、部材１を固定する装置が用いられる。こうするための簡単な手段は、部材１に密着する別の搬送ベルト９を設けることである。とりわけ、この別の搬送ベルト９も、真空コンベアベルトとすることができる。
ガラスが特定の引張応力に耐えられるか否かの判定の信頼性には、加えられる引張応力の絶対的な大きさの他、応力腐食割れのため、この加えられた引張応力の作用時間も重要となる。これについては、上述の構成の搬送装置に限らず、一般的に、部材１を毎分３ｍから３０ｍまでの範囲内の速度で、ローラ４，５，６を介して案内するのが有利である。
部材１がローラを介して案内される場合、この作用時間はいわゆる巻き付け角にも依存する。この角度は、ガラスリボンとの各ローラ４，５，６の接触領域の角度である。これについては本発明の一実施形態では、部材１がローラ表面４０，５０，６０と接触する、当該ローラ表面４０，５０，６０の扇形の開き角である巻き付け角が、少なくとも１０°になるように、部材１の長手方向におけるローラ４，５，６間の距離と、ローラ相互間の相対高さとを選択する。特に有利なのは、少なくとも２０°の巻き付け角である。
図１に示された実施例では、中間のローラ５が両外側のローラ４，６に対して異なる高さに保持されている。これらの高さが相違するほど、ガラスリボン１００がローラ４，５，６に巻き付けられる範囲が大きくなり、ひいては巻き付け角も大きくなる。これに類する効果は、ローラ４，５，６間の距離を小さくすることによっても奏される。
一般的に、図１に示されたようなローラの特定の配置構成に限定されることなく、３つのローラを備えた配置構成であって、部材１がその第１の側の面１０で第１のローラ４を介して案内され、次に、その反対側の第２の側の面１１で中間のローラ５を介して案内され、その次に再び第１の側の面１０で、３つのローラ６の最後のローラを介して案内される配置構成が有利である。
これについては、図２および図３を参照して説明する。両図は、ローラ４，５，６と、当該ローラを介して案内されるガラスリボン１００とを示す側面図である。図中には、各ローラ４，５，６における巻き付け角α１，α２，α３が示されている。ローラ４，５，６間の距離は、図２中の位置よりも図３の方が小さくなっている。巻き付け角は、各ローラにおける部材１の偏向角によって決まる。偏向角が大きいほど、巻き付け角も大きくなる。中間のローラ５における偏向は、その隣のローラ４，６における偏向の２倍であるから、これに対応する巻き付け角α２も、ローラ４，６における巻き付け角α１，α３より大きくなる。中間のローラ５をより大きく下降させると、または図３に示されているように、各ローラ４，５，６間の距離を小さくすると、巻き付け角は拡大する。非常に薄いガラスの場合、巻き付け角は、ローラの配置によって決定的な影響を受ける。というのもかかる場合には、部材１の剛性はほとんど関係ないからである。剛性を無視すると、ローラ４，６における巻き付け角は、１８０°から偏向角を減じたもの（１８０°−偏向角）となる。
３つのローラ４，５，６を備えた配置構成はとりわけ、部材１が最後のローラ６を越えた後に、最初のローラ４を越えたときと等しい高さで移動する構成とすることができる。よって、最初のローラ４のローラ表面４０と最後のローラ６のローラ表面６０とが等しい高さになるように、両ローラ４，６は配置されている。「等しい高さ」との文言は一般的に、送り方向に対して垂直でありかつローラ４，６の回転軸に対して垂直である方向において等しい位置であることを意味する。かかる配置構成が有利である理由は、部材１の位置を変化させることなく、中間のローラ５の位置変化、またはローラ間の距離の変化によって、巻き付け角を調整できるからである。
以下の表は、３つのローラを備えた上述の配置構成について、中間のローラ５の複数の異なる下降幅およびローラ直径の場合の巻き付け角と引張応力とを示すものである。
これらの実施例では、ローラの回転軸から回転軸までの距離は５００ｍｍであった。薄板ガラスリボンのガラスは、以下の特性値を有する型式ＡＦ３２のアルカリ不含ガラスである。
上述の実施例を対比すると、ガラス厚が厚くなるほど、また下降が小さくなるほど、巻き付け角は大きく低減し得ることが分かる。２０°を上回るように巻き付け角を大きくするためには、実施例６と１０、および実施例１１と１５との顕著な差のように、中間のローラの下降を大きくすることができる。
一般化していうと、特にガラス厚が比較的厚く、剛性が高く、および／または下降が小さい場合、ローラ直径により定まる規定の最小曲げ半径を達成するためには、巻き付け角が０°を上回るのが有利である。ガラスリボンを確実に案内するためにも、当該リボンがローラ軸に対して平行な線にのみ沿って載ることがないようにするのが有利である。
一実施形態では、少なくとも１つのローラにおけるガラスリボンの輪郭形状、ないしは一般的に板状部材の輪郭形状は、スプライン関数を用いて求めることができる。こうするためには、各ローラにおいてスプライン関数の少なくとも１つの標本点を設ける。その際には、とりわけ３次スプラインが適している。スプライン関数は、標本点においては、脆性材料から成る部材１の表面が偏向要素の表面に対して正接で延在するとの制約を用いて作成される。
図４に、本発明の装置２を備えたガラス製造システム１５を示す。このガラス製造システムは、溶融ガラス１９を含む溶融物容器１７を備えている。この溶融ガラス１９をノズル２１から引き出すことによって、ガラスリボン１００の形態の部材１が製造される。その後、このガラスリボン１００は強度の検査のために装置２のローラ４，５，６を介して案内され、その後、巻き取られてロール１０３にされる。上記にて説明したように、ガラスリボン１００が耐えなければならない、引張応力の検証対象の値は、ローラ４，５，６の直径と、搬送装置７によって重畳される追加の引張応力とによって決まる。図中の構成の場合には、引張応力を重畳するために、たとえば真空ベルトコンベアを使用するのではなく、駆動されるローラ対７１を使用するだけである。
図中の具体例に限定されることなく、本発明の実施形態では、１つまたは複数のローラ４，５，６の位置を他のローラに対して相対的に調整するための往復動装置２２を設けることができる。これは、ガラス厚が変わったときに、隣のローラ４，６に対してローラ５の下降を適宜調整し、これによって巻き付け角を適宜調整するために使用することができる。
本発明の装置を大形の部材１の試験のために、たとえば図中の実施例のように長いガラスリボン１００の試験のために用いて、荷重によって実際に破損を生じさせる場合には、部材１全部を不具合として選別する必要はなく、むしろ本発明の一発展形態では、重大な欠陥により破損が生じた場合であっても、この破損部を含む区間を切り離し、他の部分を後続処理にかけることができる。とりわけ、合成引張応力を加えられてガラスリボン１００が破損したと判断される場合には、ガラスリボン１００のうちこの破損箇所９９を含む区間を切り離すことができる。これについては図５に、破損箇所９９と、破損箇所９９を含む区間１０３と、分離箇所１０７において切り離される隣の無損傷区間１０４，１０５とを有するガラスリボン１００を示しており、この無損傷区間１０４，１０５は、後続処理にかけることができる。かかる後続処理は、たとえば図４に示されているように、巻き取ってローラ１０３とすることを含むことができる。
３つのローラ４，５，６を備えた上述の配置構成はさらに、特にガラスリボン１００の加工時に効果を発揮する格別な利点を有する。
ガラス製造の各工程は、しばしば連続式でなされることが多い。よって、図４に示された装置２を用いると、連続ガラスリボン１００が製造される。しかし、かかるガラスリボン１００は一般的には分割され、たとえば図示のように、巻き取りによってロール１０３にされる。巻き取られたガラスリボン１０３が所望の長さに達した場合、次のガラスロールを製造することができる。しかしこうするためには、完成したガラスロール１０３を後続のガラスリボン１００から切り離して、このガラスロールを搬出しなければならない。かかる分割ステップでは、当該ステップ中にガラスリボン１００がさらに前進移動しないことが、非常に有利となり得る。しかし、延伸工程を停止することは、非常に不都合となり得る。かかる中断はとりわけ、著しいガラス厚ばらつきの原因となり得る。
本発明の装置２は一般的に、部材１の連続製造工程中に、部材１の他の区間を更に移動させながら当該部材１の１つの区間を固定するために使用できるという大きな利点を奏する。こうするためには、有利には搬送装置７を用いて、部材１のうち搬送方向においてローラ４，５，６より後に位置する区間を固定し、それと同時に、ローラより前に位置する区間を搬送方向において更に前進させる。これは有利には、一定の速度である。こうするためには、ローラ４，５，６のうち少なくとも１つのローラの位置を変化させることによって部材１がローラ４，５，６で通る経路が長くなって、部材１の固定されている区間より手前において当該部材の移動が受け止められるように、当該少なくとも１つのローラの位置を変化させる。図４に示された実施例の場合には、中間のローラ５における位置変化を往復動装置２２によって簡単に実現することができる。このことについては以下、図６乃至８を参照して説明する。同図は、製造された薄板ガラスロール１０３を取り出すためのステップを示す図である。
まず最初に、図６に示されているように、溶融物１９から延伸成形によりガラスリボン１００の形態の部材１を形成し、装置２に通し、薄板ガラスロール１０３に巻き取る。中間のローラ５は、ガラスリボン１００の偏向が小さい位置にある。
薄板ガラスロール１０３として巻き取られたガラスリボン１００が、所定の長さになった場合には、延伸工程を停止することなくこの薄板ガラスロール１０３を取り外して、新規の薄板ガラスロールを開始しなければならない。
ここで、図７に示されているように搬送装置７は薄板ガラスリボン１００を停止し、搬送装置７より後に、または搬送装置７と薄板ガラスロール１０３との間に配置されている分離装置３０が、薄板ガラスロール１００を分離する。ここで、薄板ガラスロール１０３を取り出すことができる。薄板ガラスリボン１００が搬送装置７を用いて停止されると同時に、薄板ガラスリボンが通る距離が長くなるように当該薄板ガラスリボンをローラ４，５，６によって案内する。このことは、有利には連続的に行われる。このように長くなることにより、薄板ガラスリボン１００の前進移動は、当該リボンが固定される点より手前において受け止められる。
かかる距離は図中の実施例では、往復動装置２２を用いてローラ５を移動させることにより長くされる。
次に、図８に示されているように、搬送装置７を用いて薄板ガラスリボン１００を再び、前進搬送させる。ここで、たとえば別の薄板ガラスロールを製造することができる。それと同時に、薄板ガラスリボン１００がローラ４，５，６を介して通る距離が短くなるように、ローラ５を動かす。こうするために図示の実施例では、往復動装置２２を用いてローラ５を、図６にも示されているように元の位置に戻す。このように距離が短くなることにより、薄板ガラスリボンがローラ配置構成に入る送り速度と比較して、ローラ４，５，６の配置構成より後方の方が送り速度が高くなる。よって、たとえば薄板ガラスロールを巻き取る場合には、ローラ５を戻す間に一時的に巻取り速度を上昇させる。
これまでの実施例では、脆性材料から成る部材１は連続薄板ガラスリボン１００であった。しかし、複数の個別の板状部材１に本発明を適用することも、同様に可能である。図９にその例を示す。この例では、搬送装置７の構成要素であるベルト２６を用いて、個別の板状部材１を搬送する。ベルト２６、ひいてはベルト２６上に載置された部材１は、ローラ４，５，６の直径に応じて曲がるようにローラ４，５，６を介して案内される。いずれの側の面１０，１１にも引張応力をかけるためには、ベルトを２層構成とすることもできる。その際には部材１は、ベルト２６の各層間に挟まれる。たとえば、ベルトを伸長可能とし、部材１をかかるベルト上に固定することにより、少なくとも２ＭＰａの追加の引張応力を部材１にかけることができる。このようにして、ベルトを伸長させると、そのために必要な力が部材１に伝達される。
一般的に、ローラ４，５，６の各半径と、移動方向の追加の張力は、部材１の試料の破損時に求めることができる統計的パラメータに基づいて設計し、互いに合わせて調整することができる。こうするために特に適しているのは、破損時の平均破損応力と、頻度分布の幅である。
これらのパラメータは、関係式
（１）Ｒ＝（Ｅ／２σ）・ｔ
により、機械的引張応力σから、対応する曲げ半径Ｒに換算することができる。上掲の関係式中、Ｅは部材の材料の弾性率を表し、ｔはその厚さを表す。
頻度分布の幅は、標準偏差に相当する以下のパラメータ
によって表すことができる。
ここで、Ｎは検査対象の試料数であり、Ｒｉはｉ番目の試料の破損応力に対応する曲げ半径を表し、＜Ｒ＞は、平均破損応力に対応する曲げ半径を表す。試料数が多数であるかもしくは定まっていない場合、または、部材１の材料の統計的な特性パラメータが分かっている場合であっても、上述のパラメータｓに代えて、部材の破損応力の確率分布の標準偏差を用いることができる。
ローラ４，５，６の直径の好適な範囲は、ＲｍｉｎからＲｍａｘまでの範囲により得られることが判明した。ここで両半径については、以下の数式が適用される：
ここで、Ｅは部材１の弾性率を表し、ｄは部材１の厚さを表し、σＴは、移動方向において部材１に追加的にかけられる少なくとも２ＭＰａの張力を表す。ＲｍｉｎおよびＲｍａｘの値により、Ｒｍｉｎによって制約される十分な荷重による検査方法が実現され、かつ、部材１の破損率を制約する、統計的な特性値に対応した最大値も得られる。
よって本発明の発展形態では、部材１がローラ４，５，６によって、上掲の関係式によるＲｍｉｎからＲｍａｘまでの範囲内の曲げ半径で曲がるように、移動方向の張力によって加えられる少なくとも２ＭＰａの引張応力σＴ、および／またはローラの各半径を選択することができる（有利には、両パラメータを互いに合わせて調整することができる）。
これに応じて本発明の当該発展形態は、脆性材料から成る少なくとも１つの部材１と、少なくとも２ＭＰａの引張応力σＴを当該部材１にかけるように構成された搬送装置７と、ＲｍｉｎからＲｍａｘまでの範囲内の半径を有するローラ４，５，６とを備えた装置も含む。
部材の統計的パラメータｓおよび＜Ｒ＞を求めるためには、特に、独国特許出願公開第１０２０１４１１０８５５号明細書（DE 10 2014 110 855 A1）に記載された装置が適している。当該出願の、パラメータｓおよび＜Ｒ＞を求めるための方法および装置についての開示内容はすべて、本願の内容に含まれるものとする。脆性材料から成る面状試料、とりわけガラスウェブの破損耐性を検査するための方法は、一般的に、
・当該検査対象の１区間に、曲率が規定された形状安定性のゲージのゲージ表面の湾曲を密着させるように、
・検査対象の当該１区間の試料を、ゲージ表面に押し付け、
・第１の曲げ半径Ｒを有するゲージ表面を使用して、当該曲げ半径Ｒに対応する機械的引張応力σ下での試料の破損耐性を検査し、
・試料が破損するまで、曲げ半径Ｒを漸減させて、これに伴って引張応力σを漸増させて上記検査を繰り返し、
・どの引張応力σで、またはどの曲げ半径で試料が破損したかを評価する
ことにより、第１の側の面を有する当該試料に、１区間の当該試料の検査される縁部において、当該検査される縁部に沿って引張応力σをかけることに基づく。
以下、スプライン関数に基づいて１つまたは複数のローラにおける板状部材の輪郭形状をどのように求めるか、また、かかる輪郭形状から、発生する引張応力負荷についてのパラメータをどのように求めるかについて、詳細に説明する。
板状部材の輪郭形状の記述に関する本発明の実施形態は、一般的に、算出された輪郭形状から、すなわちスプライン関数から、実際の最小曲げ半径を求める、またはその特定に寄与する、というものである。
かかる実施形態は、強度を検査するための本発明の装置において、ないしは当該装置を用いて、特に、１つまたは複数のローラの位置によって定まる瞬時引張応力を求めるように具現化することができる。
最小曲げ半径をスプライン補間に基づいて求める手法は、ごく一般的に、強度検査方法にも使用できるものである。強度検査方法では特に、表面にかけられた、少なくとも部分的に最小曲げ半径により定まる引張応力に板状部材が耐えられることを、記録して検証する。
よって、本発明の強度検出方法では、スプライン関数、とりわけ３次スプラインを用いて、少なくとも１つのローラにおける板状部材１の輪郭形状を求め、各ローラ上に、前記スプライン関数の少なくとも１つの標本点を設けることができる。
その後、かかるスプライン関数から、板状部材１の最小曲げ半径を求めることができる。
とりわけ、曲げによって両側の面１０，１１にかけられる引張応力、および／または、移動方向の張力によって両側の面１０，１１にかけられる引張応力、および／または、これら２つの引張応力を合成した引張応力も、スプライン関数の最小曲率半径、とりわけ、１つまたは複数のローラ表面４０，５０，６０上に規定された標本点間の３次スプラインの最小曲率半径から、算出することができる。
図１０に、スプライン関数を用いた３つのグラフを示す。これらの各スプライン関数は、３つのローラ４，５，６を備えたシステムにおける板状部材１の輪郭形状、とりわけガラスリボンの輪郭形状を記述したものである。これらのローラは、各グラフ中において、各対応する関数により記述されている。横軸のスケールと縦軸のスケールとは異なるため、ローラ４，５，６は円形ではなく楕円形になっている。
このスプライン関数は、ローラ上の標本点４１，５１，６１によって決定される。中間ローラ５の位置に応じて、グラフ（ａ），（ｂ），（ｃ）中に示された各事例となる。グラフ（ａ）では変位は小さく、これにより、ローラ５における曲率半径はローラ半径より大きくなる。グラフ（ｂ）の場合には、ローラ５のローラ半径と標本点５１における曲率半径とは互いに等しい。最後にグラフ（ｃ）では、１つの標本点５１において、ローラ４，６と比較してローラ５の変位が大きいことにより、当該標本点５１における部材１の曲率半径がローラ半径より小さくなっている。かかる場合、部材１の輪郭形状は、図示の３つの標本点４１，５１，６１によって記述することができなくなる。むしろここでは、ある程度の巻き付け角が得られる。部材は、たとえば図２および図３に示されているように、対応する円弧に沿ってローラ表面上に密着している。これに応じて、部材１の最小曲げ半径がローラ半径によって決定される。１つの標本点における部材１の曲率半径ＲＥがローラの曲率半径ＲＷより小さい（ＲＥ＜ＲＷ）上述の場合には、当該標本点を用いてローラにおける部材１の輪郭形状を（全体的にも）正確に表すスプライン関数は、以下のようにして算出することができる：少なくとも２つの標本点を設け、部材１の曲率半径が偏向要素の表面の曲率半径と十分に良好に一致するまで、ローラ表面上における当該少なくとも２つの標本点の位置を変化させる。「十分に良好」との文言は、偏差が所定の限界値より小さいことも意味する。標本点の位置は、補間手法によって迅速に発見することができる。適しているのは、たとえば二分法である。二分法を用いて、段階的な区間二等分により、適切な関数の０位置を探索する。こうするためにはとりわけ、曲率半径の差ＲＥ−ＲＷの０位置を簡単に探索することができる。
しかしグラフ（ｃ）では、最小曲げ半径がローラ表面の曲率によって決定される事例は、ローラ４および６には当てはまらない。直線状のみのシステムの場合には、ローラ４および６における曲率半径は中間ローラ５における曲率半径より小さくなる場合もあり得る。このことにより、両側の面１０，１１にかかる引張応力の強さは相違することとなる。よって場合によっては、実施される強度検査の信頼性は、両側の面について異なることとなる。よって一般的には、具体的に示した実施例に限定されることなく、本発明の発展形態では、１つまたは複数のローラ４，５，６における標本点を用いたスプライン関数を使用して、両側の面１０，１１における引張応力が等しいこと、または両引張応力差が少なくとも所定の限界値未満であることを検証する。よって簡単にいうと、スプラインテストを用いて、偏向要素の所与の位置においてプルーフテストが対称的であることが検証される。
本発明の当該実施形態の発展形態では、上述のスプライン関数を用いて得られた、部材１の輪郭形状の情報を用いて、曲率半径が互いに等しくなり、ひいては、ローラにおける曲げによってかかる引張応力が互いに等しくなるように、ローラの位置を変化させることができる。したがって次に、ローラにおける標本点を用いたスプライン関数を使用して、両側の面１０，１１における引張応力が等しいか、または、両引張応力の差が少なくとも所定の限界値未満であるか否かを検討し、当該限界値を超える場合には、両側の面１０，１１における両引張応力の差が小さくなるように、少なくとも１つのローラの位置を変化させる。その際には特に、ローラ４と６との間の距離を小さくするのが適している。
板状部材 １
１の強度を検査するための装置 ２
ローラ ４，５，６
搬送装置 ７，７０
搬送ベルト ８，９
１の両側の面 １０，１１
センサ １３
ガラス製造システム １５
溶融物容器 １７
溶融ガラス １９
ノズル ２１
往復動装置 ２２
監視装置 ２４
ベルト ２６
分離装置 ３０
ローラ表面 ４０，５０，６０
ローラ対 ７１
破損箇所 ９９
ガラスリボン １００
１００の長手方向 １０１
ガラスロール １０３
１００の破損を含む区間 １０４
１００の無損傷区間 １０５，１０６
分離箇所 １０７

Claims (28)

  1. 互いに反対側の２つの面（１０，１１）を有する脆性材料から成る板状の部材（１）の強度を検査するための方法であって、
    前記部材（１）を各側の面で少なくとも１回、ローラ（４，５，６）を介して案内し、
    前記ローラ（４，５，６）を介しての案内により当該部材（１）が曲がって、反対側の面（１０，１１）が前記ローラの表面（４０，５０，６０）と接触する領域において、各側の面（１０，１１）に引張応力がかかり、
    前記部材（１）に移動方向の張力を与えることにより、両側の面（１０，１１）が少なくとも２ＭＰａの所定値に調整された引張応力を受けるようにし、
    前記引張応力と、各ローラによる曲げによって当該ローラとは反対側の面（１０，１１）に生じる引張応力とが加算されて、合成引張応力が得られ、前記合成引張応力のレベルにおいて前記部材（１）が規定の破損耐性を示すか、または、加えられた当該合成引張応力下で当該部材（１）が破損するかを監視して特定する
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記部材（１）にかかる張力は、搬送方向でみて前記ローラ（４，５，６）に後置された搬送ベルト（８）であって、当該部材（１）に密着する搬送ベルト（８）を引っ張ることによりかかる、
    請求項１記載の方法。
  3. 前記部材（１）を吸引によって前記搬送ベルト（８）に密着させる、
    請求項２記載の方法。
  4. 前記部材（１）は、ガラスから成る
    請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. ガラスリボン（１００）の形態の部材（１）を検査し、
    前記ローラ（４，５，６）を介して前記ガラスリボン（１００）を、当該ガラスリボン（１００）の長手方向（１０１）において案内する、
    請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 前記部材（１）が前記ローラの表面（４０，５０，６０）と接触する、当該ローラの表面（４０，５０，６０）の扇形の開き角である巻き付け角が、少なくとも１０°になるように、当該部材（１）の長手方向における前記ローラ（４，５，６）間の距離と、当該ローラ相互間の相対高さとを選択する、
    請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. 前記ローラ（４，５，６）を介してガラスリボン（１００）の形態の部材（１）を案内し、その後、巻き取ってロールにする、
    請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
  8. 前記合成引張応力を加えられて前記ガラスリボン（１００）が破損したと判断される場合には、当該ガラスリボン（１００）のうち破損箇所（９９）を含む区間（１０４）を切り離す、
    請求項６または７記載の方法。
  9. 前記部材（１）の最低耐荷重能を、当該部材（１）が耐えなければならない引張応力であって、前記ローラによる当該部材（１）の曲げにより生じる引張応力より高い引張応力として設定し、
    検査のため、前記合成引張応力が少なくとも、前記部材（１）が耐えなければならない所定の引張応力と等しい大きさになるように、前記部材（１）に対し、少なくとも２ＭＰａの引張応力に相当する移動方向の張力を調整する、
    請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
  10. 前記ローラ（４，５，６）によって、ＲｍｉｎからＲｍａｘまでの範囲内の曲げ半径で前記部材が曲がるように、移動方向の張力によってかかる少なくとも２ＭＰａの引張応力σＴ、および／または前記ローラ（４，５，６）の半径を選択し、
    ＲｍｉｎおよびＲｍａｘの値について
    が適用され、
    前記パラメータｓは、
    により与えられ、
    Ｅは弾性率を表し、ｄは前記部材（１）の厚さを表す、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
  11. 前記ローラ（４，５，６）を介して前記部材（１）を毎分３ｍから３０ｍまでの範囲内の速度で案内する、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
  12. 脆性材料から成る複数の個別の板状の部材（１）をベルト（２６）上に載置し、前記ローラ（４，５，６）を介して前記ベルト（２６）を用いて当該部材（１）を案内する、
    請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  13. スプライン関数を用いて、前記少なくとも１つのローラ（４，５，６）における前記板状の部材（１）の輪郭形状を求め、
    前記各ローラ（４，５，６）上に、前記スプライン関数の少なくとも１つの標本点を設ける、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
  14. 前記スプライン関数は、３次スプラインとして構成されている、
    請求項１３記載の方法。
  15. 前記スプライン関数から、前記板状の部材（１）の最小曲げ半径を求める、
    請求項１３または１４記載の方法。
  16. １つの標本点における前記部材（１）の曲率半径ＲＥが前記ローラの曲率半径ＲＷより小さい場合、少なくとも２つの標本点を設け、当該標本点における当該部材（１）の曲率半径が当該ローラの表面の曲率半径と十分に良好に一致するまで、当該標本点の、当該ローラの表面上における位置を変化させることにより、当該ローラにおける当該部材（１）の輪郭形状を正確に表すスプライン関数を求める、
    請求項１３から１５までのいずれか１項記載の方法。
  17. 曲げによって両側の面（１０，１１）にかけられる引張応力、および／または、移動方向の張力によって両側の面（１０，１１）にかけられる引張応力、および／または、両引張応力を合成した引張応力を、スプライン関数の最小曲率半径から算出する
    請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
  18. 前記スプライン関数は、１つまたは複数の前記ローラの表面上の標本点により規定されている、
    請求項１７記載の方法。
  19. １つまたは複数の前記ローラ（４，５，６）における標本点を用いたスプライン関数を使用して、両側の面（１０，１１）における引張応力が等しいこと、または両引張応力の差が少なくとも所定の限界値未満であることを検証する、
    請求項１から１８までのいずれか１項記載の方法。
  20. １つまたは複数の前記ローラ（４，５，６）における標本点を用いたスプライン関数を使用して、両側の面（１０，１１）における引張応力が等しいか、または、両引張応力の差が少なくとも所定の限界値未満であるか否かを検査し、
    前記限界値を超える場合には、両側の面（１０，１１）における両引張応力の差が小さくなるように、少なくとも１つのローラの位置を変化させる、
    請求項１から１９までのいずれか１項記載の方法。
  21. 互いに反対側の２つの面（１０，１１）を有する脆性材料から成る板状の部材（１）を、引張負荷下での規定の破損耐性について検査するための装置（２）であって、
    搬送装置（７）と、
    少なくとも２つのローラ（４，５，６）と
    を備えており、
    前記搬送装置（７）は、前記部材（１）が曲がって、反対側の面（１０，１１）が前記ローラ（４，５，６）のローラ表面（４０，５０，６０）と接触する領域において各側の面（１０，１１）に引張応力がかかるように、前記ローラ（４，５，６）を介して前記部材（１）を案内するように構成されており、
    前記部材（１）の両側の面（１０，１１）が少なくとも２ＭＰａの所定値に調整された引張応力を受けるように前記部材（１）に移動方向の張力を与えるための引張装置（２２）が設けられており、
    前記引張応力と、各ローラ（４，５，６）による曲げによって当該ローラとは反対側の面（１０，１１）に生じる引張応力とが加算されて、合成引張応力が得られ、
    監視装置（２４）が設けられており、当該監視装置（２４）は、前記合成引張応力のレベルにおいて前記部材（１）が規定の破損耐性を示すか、または、加えられた当該合成引張応力下で前記部材（１）が破損するかを監視して特定するように構成されている
    ことを特徴とする装置。
  22. 前記装置は、３つのローラを有する構成体を備えており、
    前記部材（１）を第１の側の面（１０）で、前記３つのローラの最初のローラ（４）を介して案内し、次に、反対側の第２の側の面（１１）で中間のローラ（５）を介して案内し、次に再び前記第１の側の面（１０）で、前記３つのローラの最後のローラ（６）を介して案内する、
    請求項２１記載の装置。
  23. 前記装置は、前記ローラ（４，５，６）のいずれか１つまたは複数のローラの位置を他のローラに対して相対的に調整するための往復動装置（２２）を備えている、
    請求項２１または２２記載の装置。
  24. 前記装置は、
    脆性材料から成る少なくとも１つの部材（１）と、
    前記部材（１）に少なくとも２ＭＰａの引張応力σＴをかけるように構成された搬送装置（７）と、
    ＲｍｉｎからＲｍａｘまでの範囲内の半径を有するローラ（４，５，６）と
    を備えており、
    ＲｍｉｎおよびＲｍａｘは、
    によって与えられ、
    前記パラメータｓは、
    により与えられ、
    Ｅは弾性率を表し、ｄは前記部材（１）の厚さを表す、
    請求項２１から２３までのいずれか１項記載の装置。
  25. 前記装置は、脆性材料から成る複数の個別の板状の部材（１）を搬送するためのベルト（２６）を備えている、
    請求項２１から２４までのいずれか１項記載の装置。
  26. ガラスから成る板状の部材（１）を検査するために構成されている、
    請求項２１から２５までのいずれか１項記載の装置。
  27. 板状のガラス品を成形するための高温成形装置と、
    請求項２１から２６までのいずれか１項記載の装置（２）と
    を備えていることを特徴とする、ガラス製造システム（１５）。
  28. 前記高温成形装置は、ガラスリボン（１００）を成形するために構成されている、
    請求項２７項記載のガラス製造システム（１５）。
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