KR101669708B1 - 유리 드로잉 공정의 능동적 에지 롤 조절 - Google Patents

Abstract

유리리본 드로잉 장치는 리본에 적용된 힘을 측정하는 센서에 전기적으로 결합된 액츄에이터에 의해 동적으로 변경되는 힘을 유리리본과 접촉하는 에지 롤 어셈블리를 포함한다. 동적으로, 또는 실시간으로 에지 롤 힘 변경은 유리리본의 응력 변화를 최소화하고 리본 형상 조절을 향상시킨다.

Description

유리 드로잉 공정의 능동적 에지 롤 조절{ACTIVE EDGE ROLL CONTROL IN A GLASS DRAWING PROCESS}

본 출원은 2010년 1월 8일에 출원된 미국 가출원 제61/293,364호의 이점을 청구한다. 본 문서 및 공보전체, 특허의 전체 내용 및 여기에 언급된 특허문서는 참조로서 병합된다.

본 발명은, 유리 리본에 접촉하는 에지 롤에 의해 유리리본에 가해진 힘을 능동적으로 변경함으로써, 유리 드로잉(drawing) 작동에 의해 제조되는 유리리본에서의 응력을 조절하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

박막 유리시트를 형성하는 한 방법은 유리리본이 용융유리의 저장소로부터 드로잉되는 드로잉공정에 의한 것이다. 이것은 예를 들어, 상기 유리 리본이 상기 저장소(예를 들어, 포우콜트(Foucault) 또는 콜번(Colburn))로부터 상부로 드로잉되는 업드로잉 공정을 통해 실시되거나, 또는 상기 유리 리본이 통상적으로 성형체로부터 아래로 드로잉되는 다운드로우 공정(예를 들어 슬롯(slot) 또는 퓨전(fusion))에 의해 실시된다. 일단 유리리본이 형성되면, 유리의 개별적인 시트는 상기 유리 리본으로부터 절단된다.
퓨전 다운드로우 공정과 같은 종래의 다운드로우 공정에서, 용융유리는 유리 리본을 둘러싸는 덮개(shroud)에 의해 형성된 드로우 챔버 내에 포함된 유리리본으로 형성된다. 다른 것들 중, 덮개는 상기 덮개에 의해 형성되고 유리를 둘러싸는 영역에서 일정한 열 환경을 유지하도록 사용된다. 롤러 쌍들은 덮개를 관통하고 리본 에지를 조인다(pinch). 롤러들(또는 롤들)는 인장력을 유리 리본에 가하거나, 횡단 장력을 유리 리본에 가하거나 또는 유리 리본을 단지 안내하는데 사용된다. 따라서, 회전력은 모터에 의해 롤에 적용되거나, 또는 상기 롤은 프리휠링(freewheeling)되고 회전력은 하강하는 리본에 의해 롤러들에 가해진다. 어느 경우에서도, 롤들은 회전한다. 생산 롤 메커니즘은 통상적으로 롤들이 수평으로 움직이거나 및/또는 유리 접촉 영역으로부터 수직으로 움직이는 것을 허용한다. 이것은 유리 두께의 일반적인 가변성과 함께 롤의 기하학 공차, 작동시의 어긋남(run out) 및 공차 변경을 수용한다. 게다가, 생산 롤 메커니즘은 통상적으로 유지보수 접근, 공정 재시작 및 여러 다른 실질적인 고려사항을 위해 유리로부터 롤을 멀리 움직이게 하는 것을 허용한다. 그러나 롤은 또한 리본 에지에서 두께 변경 또는 에지 롤러 자체의 치수 변경을 수용해야 한다. 마찰력은 제조중 유리 리본을 횡단하는 에지롤의 자유이동을 방해하며, 이는 유리 리본에서 바람직하지 않은 교란 또는 응력 변화로 나타나는 힘의 순환을 야기시키며, 이 유리 리본은 점성재료에서 탄성재료로의 유리전이처럼 유리로 굳어질 수 있다.

다운드로우 유리 제조 시스템을 위한 롤 구동 시스템이 향상되면, 상당히 향상된 특성들, 즉 더 긴 공정 수명이 가능하게 되고 - 그리고 공정에 의해 제조된 유리 리본의 강성이 보다 작은 경우 특히 드로우잉에 유리하며 - 이는 더 넓은 플랫폼 및 더 얇고 더 긴 유리 리본을 의미한다. 유리 리본의 점탄성 영역의 장력을 규정하고 이러한 힘들의 순환을 줄이는 능력에 의해, 리본 특성, 특히 리본의 뒤틀림과 응력에 상당한 이점이 용이하게 얻어질 수 있다.
처리될 한 문제점은 현재의 롤 시스템이, 롤들을 함께 가압하는 핀치력(pinch force)을 형성한다는 것이며, 그리고 이 핀치력에 의해 롤들이 (리본을 가로지르는) 크로스-드로우(cross-draw) 장력(또는 압축) 효과를 야기한다. 이 핀치력은 다양한 기계적 마찰 문제점 때문에 장치 설정으로써 달라질 수 있고 - 그리고 롤 마모로써 또는 열 환경 변화 때문에 또는 상기 열 환경에서 이물질(예를 들어, 유리 입자)에 의한 장치의 막힘(jamming)으로써 달라질 수 있다.
핀치력 변화는 롤에 의해 생성된 크로스-드로우 장력이 변경되도록 한다. 일정한 롤 장력은 유리 리본과, 상기 유리 리본으로부터 후에 분리된 분리 유리 시트 또는 판의 형성 및 응력에 중요하다.
또 다른 문제점은 현재의 롤 시스템이 롤 쌍들의 회전 내내 발생하는 힘의 순환을 나타낸다는 것이다. 이 회전 다양성은 (롤들이 구동될 때) 장력과 인장력의 순환에 따라 나타난다. 추가로, 이 롤 쌍 순환은 다양한 롤 쌍들 사이에서 상호작용한다. 이 힘 순환으로부터의 효과는 유리에 부여되어- 뒤틀림과 응력 변화를 발생시키고 - 또한 공정 안정성에 기여한다. 예를 들어, 힘의 변화는 리본 형상을 팝(pop)으로 만들 수 있다. 즉, 즉각 변한다.
롤 힘 순환의 주된 원인은 리본의 마주보는 면에서의 롤 쌍들 사이의 기계적인 어긋남으로부터 발생된다. 이것은, 만약 축들이 직선이 아니고 서로 평행하지 않거나, 또는 롤 재료 압축성이나 상기 롤의 주변부의 다른 특성들에 차이가 있다면, 각각의 롤의 진원도에 의해, 베어링의 어긋남에 의해 발생될 수 있다. 롤 쌍들이 어긋나기 때문에, 롤 장착 메커니즘은, 롤이 회전함에 따라, 축들이 서로 떨어져 움직이도록 허용해야 한다. 비록 핀치력 변화를 최소화하기 위한 시도가 이루어진다 하더라도, 이 핀치력 순환은, 차례로, 크로스-드로우 장력을 발생시키고 구동시 순환 패턴에서 인장력(pulling force)을 변화시킨다.
이 순환 영향을 피하기 위하여, (실질적인 한계가 있는) 롤 어긋남을 제거하거나, 롤이 움직이도록 허용하는 마찰을 제거하거나 순환 마찰력을 제거하는 오프셋 힘을 적용함으로써 마찰효과를 자동으로 제거할 수 있다.
게다가, 분리 시트가 리본으로부터 제거됨에 따라, 롤 힘 순환은 변화가능한 인장 부하로부터 기인된다. 예를 들어, 리본 무게 변화는 롤 힘에 인식가능한 충격을 가한다. 또한, 힘 변화는 시트가 분리 공정 장치로부터 절단됨에 따라 관찰된다. 이는 단순히 시트 무게가 제거됨에 의한 힘 변화에 추가적으로, 시트를 분리하도록 가해진 힘에 의한 것이다. 이러한 시트 순환 힘들은 상기 기술된 롤 회전 효과와 다르다. 시트 순환 힘들은 롤 시스템과 상호작용하고 제품에 영향을 준다.
따라서, 시트 드로우 롤 쌍으로부터의 장력 레벨을 정밀하게 조작하는 수단이 본 명세서에서 설명된다. 이 장력은 시트 형상과 응력들을 만드는데 중요하다. 수동 또는 자동 조절 기법은 생산특성에 대한 최적의 상태로 롤 장력을 조절하는데 사용될 수 있다. 롤이 리본의 너비를 가로질러 뻗어있는 경우에, 또는 몇몇 다른 특정 경우에, 장력은 직접 측정될 수 없을 수도 있다. 이 경우 핀치력을 측정하고 조절하는 방법이 롤 장력 조종에 대한 적합한 대용으로서 개시되어 있다.
여기에 기술된 장치는 기하학적 어긋남이나 물성 변화로부터 시트 드롤우 롤 힘 순환을 제거하는데 사용될 수 있는데, 이는 적용된 핀치력을 자동적으로 변경하여 변동성을 상쇄(또는 오프셋)하고 일정한 크로스-드로우 장력 및/또는 일정한 인장력을 유지하는 자동화 시스템을 사용한다. 대안적으로, 핀치력 센서가 사용될 수 있다. 롤 쌍 핀치력의 구동에 의해, 또는 롤 장력의 감지와 함께 하향 경사각(down tilt angle)이나 접촉각의 작동과 같은 다른 방법에 의해 장력의 일관성을 매우 향상될 수 있으며 - 본질적으로 유리 공정에 일정한 장력을 제공한다.
본 발명을 위해 롤 하향 경사각을 변화시키거나 롤/리본 접촉각을 변화시키는(둘다 컨틸레버식 롤인 경우) 것과 같이 롤 장력을 조절하는 다른 수단들이 실용적이다.
본 명세서에 기재된 방법들은 향상된 평탄도(뒤틀림이 거의 없는), 및 더 낮은 응력(제품 형상을 갖지 않음으로부터)을 발생시킬 수 있다. 이것은 강도가 부족한 유리리본의 리본 드로우 공정에 매우 중요한데, 매우 얇은 리본이 제조되거나, 또는 리본이 길고 및/또는 광 폭일 경우, 또는 공정 열 환경이 높은 열적 부가 장력을 유지하기 위해 (리본 아래 및 상기 리본을 가로지른) 열 프로파일의 처리를 허용하지 않기 때문이다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 장치 및 방법들은, (리본 너비를 가로지른) 측부 장력 변화 및/또는 에지 롤에 의해 리본에 가해지는 수직(일반) 핀치력을 제한할 수 있는데, 이러한 힘 순환은 최고점과 최고점 간 변화가 4.5kg 이하이며 바람직하게는 3.0kg 이하이기 때문이다.
자동화된 조절 기법은, 알려진 PiD 접근이나, 또는 롤 힘 순환으로부터의 변동성과 유리 시트의 분리 및 제거로부터 기인된 롤 부하 변동성을 제거하는 예측 조절 기법을 사용하여 구성될 수 있다.
전체 길이 에지 롤 또는 컨틸레버식 롤들이 사용될 수 있다. 그러나, 몇몇 실행에서, 장력을 측정하기 위한 센서는 실용적이지 않을 수 있다. 이러한 경우, 핀치력(또는 법선방향 힘(normal force)) 센서는 조절 타겟에 사용될 수 있다.
실용적인 액츄에이터는 다양한 대안들로부터 만들어질 수 있다. 비록 다수의 다른 대안들이 가능할지라도, 리니어 서보모터는 이러한 기능들을 잘 수행한다고 알려졌다. 리니어 서보는 롤 핀치(또는 압축력)의 일부나 모두를 제공하는데 사용된다. 몇몇 실시예에서, 상기 서보는 롤에 압력기능을 제공하는 평형추 연결구(counterweight linkages)에 추가된다.
방출형 압축 공기 실린더는 선형 모터 뿐 아니라 또한 액츄에이터로서 또한 사용될 수 있다. 액츄에이터가 단 기간의 변동성을 대응하기 위해 사용된다면, 빠른 응답 시간과 함께 액츄에이터의 전체 힘 용량은 설계 고려사항이다.
최선의 롤 힘 레벨은 실험에 의해서나 오프라인 모델링에 의해 정의될 수 있다. 가장 포괄적인 수단들은 특정 제품 설정을 위한 최상의 제조 특성을 부여하는 힘을 최적화하는 롤 힘에 대한 실험을 수행하기 위한 것으로 여겨진다.
DOE(실험 계획법) 또는 에볼루셔녀리 오퍼레이션(Evolutionary Operations)과 같은 방법들은 롤 인장을 위한 최적 상태를 형성하기 위해 적용된다. 컨틸레버식 롤들에 있어서, 롤 쌍의 총 장력, 즉, 오른쪽 및 왼쪽 측 센서의 합은 제품 성능에 매우 중요한 것으로 여겨진다. 그러나 각각의 롤 쌍에 대한 최적의 장력은 독립적으로 결정되어야 한다.
롤 힘이 드로우의 열적 설정과 함께 최적화되는 경우와 같이, 보다 정밀한 최적의 접근이 또한 사용될 수 있다. 동시의 최적 전략은 최적의 롤 장력 레벨을 형성하는데 도움이 될 수 있다.
타겟 장력 레벨이 각각의 롤 쌍에 형성되면, 액츄에이터와 센서 시스템은 최적 레벨을 유지하는데 사용될 수 있으며, 이로써 힘의 일반 공정 드리프트(drift)에 대항작용한다(counteract).
또다른 접근은 롤 회전으로부터 기인한 단 기간의 롤 힘 변동성과 시트 제거 공정으로부터의 변동가능한 인장 부하를 보상하는 것이다. 이것은 최적 타겟에서 장력을 유지하기 위해 상기의 방법론과 결합하거나 또는 순환력을 단순히 제거하는데 사용될 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 무기물 유리의 리본을 드로잉하는 장치는 회전가능한 샤프트와 상기 유리리본의 에지에 접촉하는 샤프트에 결합된 에지 롤을 구비하는 에지 롤 어셈블리를 구비하여 공개된다. 상기 드로잉하는 장치는 장력 또는 핀치력을 감지하고 상기 장력 또는 핀치력에 비례하는 전기 신호를 발생(develop)시키는 센서, 센서 신호를 받고 교정 신호를 발생시키는 컨트롤러, 및 상기 컨트롤러로부터 교정 신호를 받는 에지 롤 샤프트에 결합되고 교정 신호에 응답하여 장력 또는 핀치력을 변화시키는 액츄에이터를 구비한다. 상기 드로잉하는 장치는 수평면 또는 수직면에서 에지 롤 샤프트를 이동시키도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 적용된 핀치력의 적어도 일부가 수동력이다. 즉, 힘은 능동적으로 변동되지 않는다. 수동력의 예시들은 (즉, 사하중(dead weight)으로 작용하는) 중력과 스프링이다. 비교해보면, 능동힘은 시간의 함수처럼 크기의 변경과 같이 능동적으로 변경될 수 있는 힘이다. 능동힘의 일례는 모터, 공압식이나 유압식 피스톤, 솔레노이드 등과 같은 액츄에이터에 의해 가해지는 힘이다. 몇몇 실시예에서, 총 핀치력은 액츄에이터를 통해서 처럼 능동힘으로서 공급된다. 다른 실시예에서, 총 핀치력은 수동 및 능동 핀치력의 합이다.
또다른 실시예에서, 유리 리본 제조 방법은, 다운드로우 유리 제조 공정에서, 점탄성 영역을 포함하는 유리리본을 제조하는 단계와, 상기 유리리본의 점탄성 영역을, 상기 유리 리본에 핀치력과 장력을 가하는 마주보는 롤러들에 접촉시키는 단계와, 핀치력의 크기 또는 장력의 크기를 감지하고 상기 핀치력 또는 상기 장력의 감지된 크기를 나타내는 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 생성된 신호는 소정의 설정값과 비교되고, 교정 신호가 생성된다. 교정 신호는 이후, 적용된 핀치력 또는 장력이 실질적으로 설정값과 동일하도록, 마주보는 롤러들에 의해 유리리본에 가해진 핀치력 또는 인장력을 변화시키는 액츄에이터를 구동하는데 사용된다. 핀치력은 능동힘에 추가적으로 수동력을 포함한다.
몇몇 실시예에서 액츄에이터는 샤프트의 길이방향 축에 수직인 방향으로 적어도 하나의 마주보는 롤러의 샤프트를 병진이동(translate)시킨다. 또다른 실시예에서 액츄에이터는 수평면내에서의 각도로 적어도 하나의 마주보는 롤러의 샤프트를 회전시킨다. 상기 액츄에이터는 수직면내에서의 각도로 적어도 하나의 마주보는 롤러의 샤프트를 회전시킬 수도 있다.
본 발명은 더 쉽게 이해될 수 있고, 다른 목적, 특징, 상세부 및 그 이점들이 도면을 참조하여 어떠한 제한적용 없이 다음의 상세한 설명들로부터 좀 더 명백해질 것이다. 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점들이 상세한 설명 및 본 발명 내에 포함되며, 청구항들로부터 보호된다.

본 발명은 리본에 접촉하는 에지 롤에 의해 유리리본에 가해지는 힘을 능동적으로 변경함으로써 유리 드로잉 작동에 의해 제조되는 유리리본 응력을 조절하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 바람직한 퓨전 다운드로우 공정의 정면도이다.
도 1b는 다운드로우 공정을 통해 형성된 유리리본의 일부의 단면도이며, 상기 리본의 에지는 한 쌍의 마주보는 에지 롤들 사이에 연결된다.
도 2는 유리리본에 연결된 한쌍의 에지 롤 어셈블리를 보여주는 단면도이며, 핀치력이 수동력과 능동힘 둘 다에 의해 가해진다.
도 3은 유리리본에 관련된 측면도이며, 핀치력이 수동력(중력 G를 통한 사하중)과 능동힘(액츄에이터) 둘다에 의한 회전 운동을 통해 가해진다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에지 롤 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 도 4의 에지 롤 어셈블리의 일부의 측면도이며, 상기 에지 롤 어셈블리의 안쪽 일부를 나타낸다.
도 6은 도 4의 에지 롤 어셈블리의 일부 밑면도이며, 힘을 측정하기 위한 연결 웹(connecting web)을 나타낸다.
도 7은 도 4의 실시예의 끝면도이며, 윗부와 아랫부(프레임) 지지 어셈블리 부분 사이를 결합하는 도브테일을 나타낸다.
도 8은 도 4의 실시예의 측면도이며, 수평면과 관련하여 기울어진 관계에서 에지 롤 하우징과 샤프트를 나타낸다.
도 9는 도 4의 실시예의 사시도이며, 윗쪽 지지부와 프레임 사이의 결합을 나타낸다.
도 10은 도 9의 프레임의 상면도이며, 웹의 만곡부를 나타낸다.
도 11은 도 9의 프레임의 측면도이며, 에지 롤 샤프트를 유리리본과 관련하여 이동시키기 위해 센서 및 센서 타겟, 액츄에이터, 컨트롤러 및 신호연결선을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 한 프레임 구성의 상면도이다.
도 13은 도 12의 프레임의 측면도이며, 프레임의 회전을 나타낸다.
도 14는 샤프트에 결합된 액츄에이터를 통해 핀치력 및/또는 장력을 조절하기 위해 수평면에 에지 롤 샤프트의 병진이동을 나타내는, 본 발명의 실시예의 도면이다.
도 15는 액츄에이터를 통해 핀치력 및/또는 장력을 조절하기 위해 수평면에서 에지 롤 샤프트의 각운동을 나타내는, 본 발명의 실시예의 도면이다.
도 16은 수직면에서 에지 롤 샤프트의 각 운동을 나타내는, 본 발명의 실시예의 도면이다.

설명의 목적을 위해 그리고 한정하지 않기 위해, 다음의 상세한 설명에서, 특정 상세부를 나타내는 다양한 예시의 실시예들이 본 발명의 전체적인 이해를 제공하기 위해 명시된다. 그러나, 이들이 본 발명의 이점을 가진다는 것은 당업자들에게 명백하며, 본 발명은 여기에 나타난 특정 상세부분 외에 다른 실시예에서도 실시될 수 있다. 게다가, 알려진 장치, 방법, 재료들의 설명이 본 발명의 설명을 모호하게 하지 않기 위해 생략될 수 있다. 끝으로, 어디에 적용되든 비슷한 참조번호들은 비슷한 요소들을 나타낸다.
텔레비전 및 컴퓨터 모니터와 같이 현대 디스플레이 제품에 필요한 평탄도의 정확한 기준에 대해 약 1 밀리미터 이하의 두께를 가지는 유리 시트를 형성하기 위해 얇은 리본 재료를 드로잉하는 것은 제조공정의 모든 국면에 조심스러운 조절이 필요하다. 그러나, 유리리본이 점탄성 상태에서 고체 탄성 상태로 변환하는 시간 간격 동안 특히 주의가 요구된다. 심지어 드로잉 영역에서 공기 흐름에 의해 생성되는 리본의 작은 힘 변동 또는 구동 장치로부터의 진동은 최초의, 평탄한 표면에서 교란(perturbation)으로 나타날 수 있으며, 상기 리본으로부터 분리된 최종 시트에 의해 남아있는 리본에 잔류 응력을 유도할 수 있다.
일례의 퓨전-타입 다운드로우 공정에서, 용융유리는 성형체에 공급되며, 상기 성형체는 상기 성형체의 윗면에 형성된 윗면에서 개방된 채널을 구비한다. 용융유리는 개별 흐름이 수렴 면이 만나는 선(즉, "루트")에서 만날 때까지 채널벽의 위로 흐르고 성형체의 수렴 외면 아래로 흐른다. 거기서, 개별적인 흐름은 성형체로부터 아래로 흐르는 하나의 유리리본이 되도록 합쳐지거나 또한 용해된다. 리본의 에지를 따라 위치된 다양한 롤러들(또는 "롤들")은 상기 리본을 아래쪽으로 당기거나 드로우하고, 및/또는 안쪽 수축에 대해 리본의 너비를 유지하는 것을 돕는 상기 리본에 외측 장력을 가하도록 사용된다. 몇몇 롤들은 모터에 의해 회전되는 반면 다른 롤들은 프리휠링(freewheeling)된다.
리본이 성형체로부터 하강함에 따라, 용융 재료는 냉각하고 성형체의 밑면에서 점성 액체상태로부터 점탄성 상태로 변환하고 최종적으로 고체 탄성상태가 된다. 본 발명에 사용된 바와 같이, 탄성 상태는 일반적으로, 유리 재료가 유리 변환 온도 범위 이하의 온도에 도달할 때로 여겨진다. 몇몇 실시예에서, 탄성 상태는 10¹³ 포아즈(poise) 이상의 점도와 등가인 것으로 여겨진다. 리본이 탄성 상태로 냉각될 때, 상기 리본은 그 너비에 걸쳐 스코어(score)되고, 스코어라인을 따라 분리되어 별도의 유리시트를 제조할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 개별적인 유리 시트는 스코링 필요없이 한번의 패스로 잘릴 수 있다.
리본이 액체 점성 상태인 시간 동안, 용융 재료에 부가된 응력은 즉각적으로 완화된다. 그러나, 리본이 냉각되고 점도가 증가함에 따라, 유도된 응력들과 형상이 유리에 의해 유지될 때 온도 범위가 도달할 때까지, 유도된 응력들은 매우 빨리 이완되지 않는다. 이것은 유리 전이 온도 범위에 걸쳐 발생된다. 이는 최종 생산품의 뒤틀림으로 이어질 수 있는 바람직하지 않는 원인이다. 예를 들어, 잔류 응력들은 리본 또는 시트의 형상이 변하도록 함으로써 리본(또는 분리된 시트)에 의해 이완될 수 있다. 응력은 이에 따라 전체적 또는 부분적으로 이완될 수 있지만, 시트에 버클링(buckling)이 발생한다. 다른 한편으로, 리본 또는 시트가 평평하게 하도록 힘을 가하는 것과 같이 리본 또는 시트를 평평하게 하는 시도는 유리에 유도된 응력을 발생시킨다. 그러므로, 응력 및/또는 형상이 유리로 동결될 수 있는 기간 동안, 유리 리본에 가능한 한 일관되게(그리고 작게) 힘이 부여되는 것이 바람직하다. 힘 변동의 한 원인은 에지 롤로부터 기인된다. 에지 롤로부터의 힘 변동은 유리 두께 및 다른 제품 특성들에 변동을 또한 발생시킬 수 있다는 것을 주목해야 한다. 경험상으로 힘 일관성은 예를 들어 LCD 기판 시트들의 극도의 낮은 응력과 높은 평탄도 요건을 달성하는데 매우 중요한 것으로 여겨진다.
비록 에지 롤이 서로 다른 형상일지라도, 전형적인 에지 롤 서브어셈블리는 리본 에지를 핀치하거나 잡는 한 쌍의 에지 롤을 구비한다. 결과적으로, 리본의 길이에 따른 특정 수직 위치(즉, 루트로부터의 거리)를 위해 두 쌍의 에지 롤이 사용되도록, 여러 쌍의 에지 롤이 리본의 마주보는 에지에 위치된다. 에지 롤은 예를 들면 전기 모터나 유압 모터에 의해 구동되거나, 에지 롤은 프리휠링된다. 에지 롤들은 실질적으로 평행 및 수평적으로 배치되거나, 에지 롤은 롤의 회전축이 비수평이도록 기울어진다. 예를 들어, 몇몇 에지 롤들은 수직면에 기울어지는 반면, 다른 에지 롤들은 수평면에 기울어진다. 유리리본의 에지에 마주하나 같은 편에 접하는 에지 롤들은, 샤프트가 리본의 너비를 적어도 가로질러 뻗어있도록 공통 샤프트를 공유하거나, 각각의 에지 롤은 유리리본의 에지에서 리본의 확장된 부분 - 비드 -을 잡기 위해 적절한 위치에서 에지 롤 접촉면을 위치시키기 위해 필요한 만큼 단지 멀리 뻗어있는 고유의 개별적인 샤프트를 가진다. 에지 롤은 원하는 힘을 가하기 충분하도록 유리리본과 접촉해야 하나, 롤이 시트와 접촉하는 리본의 중앙 안쪽을 더 향하도록 하면, 덜 깨끗한 유리 표면도 깨끗한 유리 시트를 제조하는데 사용될 수 있음을 알 수 있다. 에지 롤은 때때로 유리 리본과의 접촉에서 발생되는 800℃를 초과하는 오래 지속되는 높은 온도를 견디도록 설계되며, 바람직하게는 세라믹 재료를 이용한다. 예를 들어, 에지 롤은 원통형의 롤 몸체를 제조하기 위하여 다수의 디스크-형상의 세라믹 섬유 형상을 쌓으면서 형성될 수 있다. 원통형 롤 몸체는 그 후 에지 롤 샤프트의 끝부에 체결된다.
각각의 에지 롤 쌍은 마주보는 롤들의 접촉 표면 사이에서 변하는 갭을 수용하도록 설계된다. 예를 들어, 각각의 에지 롤은 부착되는 샤프트와 완벽하게 동심이 아닐 수 있으며, 롤이 회전할 때 어긋남을 발생시킨다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, 어긋남은, 롤이 회전축을 중심으로 회전할 때, 유리 리본과 접촉하는 롤의 표면의 반경방향 위치와 관련 있으며, 상기 회전축은 일반적으로 롤이 결합되는 샤프트의 회전축으로 고려된다. 만약 롤 표면(원통형 몸체의 표면)이 회전의 샤프트 축에 대하여 정확하게 동심이 아니라면, 주어진 위치에서, 예를 들면, 임의 각도 위치에서, 롤 접촉 표면의 지점 사이의 거리는, 접촉 표면이 샤프트와 회전할 때, 달라질 수 있을 것이다. 이것은 예를 들어 만약, 원통형 몸체가 사실 완벽하게 원통형이 아니거나, 또는 샤프트가 원통형 롤 몸체의 중앙에 중심이 잡혀지지 않는다면 발생될 수 있다. 게다가, 샤프트의 직선도에 대한 기계 공차와, 구동온도에서의 뒤틀림은 그러한 구동상의 어긋남에 기여한다. 추가적으로, 에지 롤은 대항력(평형추)에 결합되거나 미끄러짐으로써 리본 에지의 두께의 작은 변동을 수용하도록 설계된다. 에지 롤의 이러한 움직임은 에지 롤 쌍들 사이로 리본이 하강할 때 발생한다. 즉, 에지 롤 쌍들은 반드시 분리될 수 있어야 하며, 그 후 롤이 작동할 때 다시 서로 더 가깝게 드로우되어, 또는 상기 언급된 롤 자체의 단점, 및/또는 리본의 두께 변화를 수용해야 한다.
바람직하게, 에지 롤들은 가압력(biasing force)에 의해 기울어지며 유리리본 평면쪽으로 안쪽으로 가압된다. 가압력은 예를 들어 유리리본에 의해 발생되는 주어진 시작 위치로부터 바깥쪽을 향하는 움직임(에지 롤 쌍 사이의 갭을 넓힘)을 수용하기 충분할 만큼 작으나, 바깥쪽을 향하는 움직임을 발생시키는 힘이 제거될 때 롤 어셈블리는 시작지점을 뒤로 움직일이게 할 만큼 충분히 강하다. 예를 들어, 에지 롤은 피벗 점을 중심으로 피벗하도록 배치된 부착된 부재(예를 들어, 레버)를 포함하고, 그리고 에지 롤 샤프트 위치(그리고 리본과 접촉하는 롤 표면)가 롤 형상 또는 리본 두께의 변동을 수용하게 한다. 평형추는 에지 롤 접촉 표면이 유리리본을 잡을수 있도록 충분한 힘을 레버에 가하는데 사용되나, 예를 들어 변하는 롤 편심률에 응답하여 리본 평면에 관련해 롤이 바깥쪽으로 움직이도록 여전히 허용한다. 그러나, 소정의 경로를 따라 롤 어셈블리를 당기거나 밀도록 배치된 스프링처럼, 가압력을 가하는 다른 방법들이 사용될 수 있다. 유리의 상업적 생산에 사용되는 생산 롤 시스템을 가진 주된 문제점은, 롤 메커니즘 슬라이드와 베어링 내에서 - 에지 롤 샤프트가 리본을 포위하는 동봉부(enclosure)를 개구를 통해 가로지르는 상기 개구를 밀봉하는 밀봉 플레이트 내의 마찰과 함께 - 샤프트의 측면(오프-축(off-axis)) 움직임에 저항하고 마주보는 롤에 의해 유리에 가해진 실질적인 핀치력을 바꾸는 원하지 않는 변화가능한 힘을 가하는 마찰력이다. 예를 들어, 리본의 주행 방향과 수직 방향에서 롤에 의해 경험된 힘의 정밀한 측정은 하나의 롤 회전 내내 4.5kg 이상의 힘 변동성을 보인다. 리본에 가해지는 수직 인장력은 비슷하게 영향받을 수 있고, 비슷한 측정들은 리본에 가해진 인장력에서 큰 변동을 나타낸다.
요약하면, 리본이 성형체로부터 하강함에 따라, 리본 에지(비드) 두께의 작은 편차, 또는 예를 들어 에지 롤의 편심율은 유리리본의 평면을 가로지르는 방향으로 (리본의 주행의 방향에 수직으로) 에지 롤의 움직임을 발생시킨다. 가압력은 롤 접촉면과 유리리본 에지 사이의 접촉을 유지하는데 사용될 수 있으나, 이러한 가압력이 전통적으로 주어지나 고정된 크기의 평형추에 의해 제공되거나, 또는 주어진 스프링 상수를 가지는 스프링에 의해 제공된다는 의미의 "덤브(dumb)"였다. 이상적으로, 에지 롤은 장애 없이 시스템 변동(예를 들어, 리본 두께 변화, 비동심 롤 샤프트 표면, 또는 롤의 회전에서 어긋남을 발생시키는 다른 결함들)에서의 변동에 대응하지 않아야 한다. 그러나, 시스템의 마찰은 이러한 수용 움직임들과 대항한다. 극한 상황에서, 만약 인장 롤 쌍이 제 위치에서 굳어지고 롤 접촉면의 회전만이 가능하다면(즉, 대항 마찰의 크기가 무한대), 시스템 변화는 리본에 의해 정확하게 느껴진다. 예를 들어, 에지 롤 쌍의 하나 또는 두 개의 에지 롤들이 그 각각의 샤프트와 동심이 아니라면, 롤의 각각의 회전은 리본에 대해 순환력을 적용하고, 롤을 리본에 구동시키는 효과를 갖는다. 이러한 순환력은 시간에 따라 달라지는 리본의 응력에 직접적인 영향을 가진다.
상기 언급된 결함을 극복하기 위하여, 에지 롤 어셈블리가 후술되어 있는데, 이 어셈블리는 에지 롤 샤프트에서 장력을 능동적으로 모니터하고, 피드백 신호로서 측정된 장력을 사용하여 에지 롤 쌍에 의해 리본에 가해진 핀치력을 수정하여 일정한 핀치력을 유지하는 것이다. 다른 실시예에서, 핀치력은 다른 공정 변동으로부터 피드백에 응답하여 능동적으로 변한다. 대안적으로, 실질적인 핀치력은 모니터되고 피드백 신호로 사용된다. 핀치력을 모니터링 하는 것이 보다 직접적이지만, 실제 사항으로 실행하는 것이 또한 더 어렵다. 그럼에도 불구하고, 핀치력 모니터링은 예를 들어, 에지 롤 샤프트가 리본을 가로질러 뻗어있고 마주보는 에지 롤에 결합되는 경우에 사용된다. 이러한 그리고 다른 측면들은 아래에서 더 자세히 설명된다.
도 1a에서는 채널 또는 트로프(14, trough)와 수렴성형면(16)을 포함하는 성형체(12)를 구비한 일례의 퓨전(fusion) 다운드로우 장치(10)를 나타낸다. 수렴성형면(16)은 실질적으로 수평 드로우선을 형성하는 루트(18)에서 만나며, 상기 드로우선으로부터 용융유리가 드로우된다. 실질적으로 수평이라는 것의 의미는 성형체가 트로프의 상부 에지 상의 용융유리의 흐름을 조절하기 위하여 길이방향(단부서 단부)으로 또는 옆으로 여러 경우에서 기울어져 있을 수도 있다는 것을 의미하나, 이러한 기울어짐은 일반적으로 약간이며 단지 1도나 2도 정도만 변경된다. 용융조와 같은 공급원과 이에 동방된 이송 파이프(도시 생략)로부터 트로프(14)에 용융유리가 제공되며, 용융유리는 트로프의 벽 위를 흐르며 개별적인 스트림으로서 성형체의 수렴성형면 상을 하강한다. 용융유리의 개별적인 스트림은 루트(18)에서 만나는 수렴성형면(16) 위를 흐르며 유리리본(20)을 형성하기 위해 서로 결합된다. 유리리본(20)은 루트(18)로부터 아래방향(21)으로 드로운되며 루트로부터 하강됨에 따라 냉각하며, 점성 용융 재료로부터 탄성 고체로 변환한다.
유리리본(20)이 리본의 탄성 영역에서 최종 두께와 점성에 도달하면, 상기 리본은 독립적인 유리시트 또는 판(pane)을 제공하도록, 그 너비를 가로질러 완전히 분리된다. 용융유리가 성형체에 계속 공급되고 리본이 길어짐에 따라, 추가적인 유리 시트가 상기 리본으로부터 비슷하게 분리된다.
하부 동봉부(22)는 루트(18) 아래의 유리리본(20)의 상부를 둘러싸고 포위하며 성형체(12)를 수용하는 상부 동봉부(24)와 연결된다. 하부 동봉부(22)는 외부 환경(예를 들어, 드레프트, 먼지 등)으로부터 리본을 보호하고, 그리고 리본이 아래로 이송될 때, 상기 리본의 온도를 조정하기 위해 위치된 다양한 가열 및/또는 냉각 장치의 플랫폼으로서 역할을 한다. 에지 롤 어셈블리를 포함하는 다른 장치는 하부 동봉부(22)에 장착되거나 상호작용한다.
에지 롤 어셈블리(26)는 루트(18) 아래의 미리 정해진 수직 위치에 위치된다. 에지 롤 어셈블리는 에지 롤(28)과 에지 롤 샤프트(30)를 포함한다. 에지 롤 어셈블리(26)는 리본에 인장력 및/또는 장력을 가하는데 사용된 구동된 에지 롤 및/또는 상기 리본을 안내하고 상기 리본의 너비를 가로질러 장력을 유지하는데 더 도움이 되는 비구동 아이들러 에지 롤을 포함한다. 상기 언급한 바와 같이, 리본의 한면에 위치된 에지 롤은 상기 리본의 너비를 가로지른 공통 샤프트를 공유하거나, 또는 각각의 에지 롤은 그 자신의 샤프트를 가진다. 에지 롤은 전형적으로 쌍으로 배치되며, 이 경우 에지 롤 쌍의 각각의 에지 롤(28)은 다른 에지 롤로부터 리본의 주어진 에지의 마주보는 면에 위치되어, 상기 리본은 도 1b에 나타난 바와 같이 롤 쌍의 마주보는 롤들 사이에서 조여질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 한 쌍의 마주보는 에지 롤 중 하나의 에지 롤이 고정되는 한편, 다른 에지 롤은 리본쪽으로 멀리 또는 가까이 이동하는 것이 자유롭다. 즉, 고정 에지 롤은 회전이 자유롭기는 하나, 리본쪽으로 멀리 또는 가까이 위치를 변경시키지 않는다. 추가적으로, 에지 롤 쌍들은 그 자체로 주어진 수직 위치에서 리본 에지 당 한 쌍의 롤인, 쌍들로 배치된다.
각각의 에지 롤 어셈블리(26)는 필요하다면 지지구조물들, 베어링들 및 구동력을 가하는 수단들을 포함한다. 구동 구조물들을 포함하는 에지 롤 어셈블리(26)들은 전형적인 제조 공차를 가진다. 예를 들어, 리본 에지부(32)와 접촉하는 에지 롤은 각각의 샤프트(30)와 정확하게 동심이지 않을 수 있다. 또는, 에지 롤은 원형이 아닐 수 있다(예를 들어, 국부 평면도를 포함하거나 타원 형상을 가질 수 있음). 또는, 에지 롤 샤프트는 완전히 일직선이 아닐 수 있다. 이러한 요소들은 에지 롤의 주기적 측부 배치를 야기하고, 그리고, 비원형 타이어와 같은 것들은 롤이 회전을 완료할 때마다 리본에 주기적인 방해를 일으킨다. 이러한 방해는 리본으로 굳어질 수 있는 응력에서의 변화로 나타날 수 있다. 추가적으로, 리본 에지(또는 "비드")는 약간 둥글납작(bulbous)하며, 그 두께는 리본의 길이에 따라 달라진다. 즉, 에지 롤 쌍의 에지 롤들은 그들 사이에서 변하는 갭을 수용하도록 형성되어야 한다.
이상적으로, 에지 롤 어셈블리(26)는 에지 롤(28)의 구동 움직임을 수용하도록 설계되나 여전히 에지 롤 쌍의 롤들 사이에서 유리 리본의 일정한 핀치력을 유지한다. 그러나, 실제로, 하부 동봉부를 통한 에지 롤 샤프트 관통부를 밀봉하는 밀봉 플레이트 및/또는 다른 구동 메커니즘 내의 마찰은 핀치력을 변하게 할 수 있다. 이 결과, 이러한 핀치력 변화는 유리 리본에 가해진 롤 힘의 수평 및 수직요소들이 주기적으로 변하게 한다. 롤 힘 순환은 최종 유리 시트에 직접 영향을 줄수 있으며, 응력 또는 응력 변화, 뒤틀림 또는 뒤틀림 변동성, 또는 심지어 유리 두께 변동성으로 나타난다.
도 2는 유리리본(20)의 하나의 에지부(32)쪽으로 보이는 도 1b의 장치의 부분도이다. 한 쌍의 마주보는 에지 롤 어셈블리(26)가 묘사되고, 각각의 에지 롤 어셈블리는 에지 롤 샤프트(30)와 하우징(36)을 통해 에지 롤 지지 어셈블리(34)에 결합되는 에지 롤(28)을 포함한다. 에지 롤 어셈블리(26)는, 그 개별적인 에지 롤들(28)이 리본의 임의의 수직 위치에서 유리리본(20)과 접촉할 수 있도록, 배치되며, 상기 수직 위치는 에지 롤의 기능에 따라 점성부, 점탄성부 또는 탄성부들을 포함한다. 에지 롤들(28)은 전형적으로 샤프트에 결합된 원통형 몸체이다. 예를 들어, 다수의 세라믹 디스크들을 적합한 롤 샤프트(30)에 쌓으면 원통형 몸체를 형성할 수 있다.
수동 가압력, 예를 들어 도 2에 나타난 가압력(38)은 에지 롤 지지 어셈블리(34)에 대해 가해지며, 그리고 마주보는 에지 롤 어셈블리와 결합하여, 미리 정해진 핀치력으로써 에지 롤들(28) 사이에서 유리리본(20)을 조이기 위해 작동한다. 예를 들어, 수동 가압력은 롤 어셈블리에 결합된 스프링 또는 사하중일 수 있다. 에지 롤 어셈블리 둘다 움직이도록 형성될 수 있다. 그러나, 상기 언급된 바와 같이, 하나의 에지 롤 어셈블리는 또한 고정식일 수 있다. 핀치력의 방해는 에지 롤이 수동 가압력에 대하여 그리고 리본의 평면을 전반적으로 횡단하는 측부 바깥 방향으로 이동하게 한다. 에지 롤의 움직임에 대한 마찰 저항력을 최소화하기 위하여, 어셈블리에 사용된 베어링들은 공기 베어링과 같은 낮은 마찰 베어링일 수 있다.
도 2의 실시예가 유리리본 쪽으로 또는 멀리 향하는 한 쌍의 에지 롤 어셈블리의 병진이동에 따른 장치를 나타내는 한편, 각각의 에지 롤 지지부의 이동이 간단한 병진이동을 필요로 하지 않는다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 각각의 에지 롤 어셈블리는, 에지 롤 원호가 도 3에 보여지는 바와 같이 리본으로부터 멀어지도록, 축을 중심으로 선회하도록 형성될 수 있다. 이러한 예시에서, 지지 어셈블리(34)는 지지암(40, 42)를 구비하며 회전축(44)을 중심으로 회전하도록 설계되므로, 지지암(40)과, 이 지지암(40)에 결합되는 에지 롤(28)이 원호(46)를 통해 움직이도록 한다. 스프링 또는 사하중(48)은, 에지 롤들(28) 중 하나의 에지 롤에 의해, 유리리본(20)에 압력을 가하기 위하여, 지지 암들 중 하나의 아암에 결합될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 수동 가압력은 사하중(48)을 통한 중력(G)에 의해 가해된다.
바람직하게는, 리본을 가로지른 인장력 및/또는 하나 이상의 에지 롤러들의 핀치력은 실시간으로 측정될 수 있다. 더 정밀하게, 에지 롤 샤프트의 반응력(reactive force)은 측정되고 유리리본에서의 힘의 대리 척도로서 사용될 수 있다. 추가적으로, 각각의 에지 롤러가 리본에 적용되는 핀치력은 또한 다시 실시간으로, 측정될 수 있다.
개략적으로, 각각의 에지 롤 샤프트에서의 그리고 이에 따른 유리리본에서의 장력과 핀치력은 예를 들어 에지 롤이 장착되는 굴곡 부재(flexing member)를 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 적절한 측정 배치는 2009년 5월 27일 출원된 미국 특허 공개번호 제2010/0300214호에 개시되어 있으며, 이 특허 문헌은 아래에서 설명된다. 굴곡 부재는 직교 방향, 즉 장력 및 핀치방향에서 작은 편향을 겪도록 설계되며, 이때 이러한 방향에서 힘 요소를 갖는 부하는 리본에 의해 롤 접촉표면에 가해진다. 변위 센서는 굴곡 부재의 작은 편향들을 감지하며, 적어도 하나의 센서가 힘이 측정되는 각각의 직교축에 사용된다. 편향을 측정한 후 이들 편향을 공지된 부하에 의해 생성된 편향과 상관시키면 롤에 가해진 힘의 직교 요소들을 측정할 수 있다.
굴곡 부재는, 비록 부하들이 다양한 방향에서 가해질 수 있을지라도, 특정 직교축에 따른 부하들만 실질적으로 측정하도록 설계된다. 더욱 특별하게는, 굴곡 부재는, 특정 부하가 가해질 때 중요(interest) 방향으로 편향하지만 그러나 횡단 부하가 적용될 때 같은 방향을 따라 거의 제로 편향을 갖는 적어도 일부분을 가지도록, 설계된다. 변위 센서는 이 후 굴곡 부재의 상기 일 부분의 편향을 감지하도록 위치된다. 이러한 방식으로, 굴곡 부재/ 변위 센서 조합은 중요 방향에 따른 부하로부터 굴곡 부재의 편향을 측정하지만, 그러나 횡단 방향의 부하는 센서에서 단지 최소 효과만 가질 것이다.
굴곡 부재는 또한 유리 형성 공정에 악영향(업셋)을 주지 않도록 충분히 견고하게 설계된다. 특히, 큰 순응성(compliance)을 갖는 굴곡 부재는 성형 공정이 불안정하게 되게 할 수 있다고 알려졌다. 견고한 굴곡 부재는 작은 편향을 유도하나, 실제로 정밀한 힘 모니터링은 고 해상도(resolution)를 갖는 변위 센서가 사용된다면 여전히 실현될 수 있다고 알려졌다. 적절한 고-해상도 변위센서의 예시들은 유도센서, 즉, 와류센서, 압전센서, 변형 게이지, 정전용량센서, 및 광학센서들을 포함한다. 굴곡 부재가 더 견고할수록, 더 민감한 변위 센서가 필요할 수 있으며, 이와 반대가 될 수도 있다. 부하 셀과 같은 힘 게이지는 또한 변위 센서를 대체하여 사용될 수도 있다. 부하는 각각의 웹에 의해 공유되기 때문에 부하 셀은 힘의 직접적인 측정을 제공하지 않으며, 부하 셀의 미세조정이 필요하다는 것을 주목해야 한다.
한 실시예에서, 본 장치는 외부 프레임에 의해 둘러싸인 센터빔(지지부재)을 포함한다. 센터빔은 일련의 얇은 웹에 의해 외부 프레임에 연결되며, 롤러는 센터빔에 부착된다. 센터빔이 얇은 웹의 굴곡에 의해 외부 프레임에 대하여 편향하도록 허용되는 동안에, 외부 프레임은 유리-제조 장치의 프레임과 관련하여 고정된다.
축방향 부하가 유리 움직임을 통해 롤 접촉면에 가해질 때, 힘은 웹을 통해 고정된 프레임으로 전달된다. 힘은 스프링처럼 웹이 편향되도록 한다. 본 장치는 외부 프레임과 관련하여 중앙빔의 상대 편향을 측정하는 센서를 포함한다. 일련의 알려진 부하가 가해지고 편향이 기록되도록 미세조정 공정을 수행함으로써, 그리고 이 후 보간법을 이용함으로써, 상기 부하는 임의의 측정된 편향에 대해 계산될 수 있다. 얇은 평탄한 웹의 경우에, 부하 대 편향은 선형이며, 이는 힘의 슬로프 대 변위 미세조정 커브를 사용함으로써 부하의 간단한 계산을 허용한다. 축 부하와 반대로 법선 방향 부하가 롤에 가해질 때, 힘은 웹을 통해 고정된 프레임으로 다시 전달된다. 이 경우, 센터 빔의 움직임은 병진이동이기보다는 회전이다. 다시 말하자면, 일련의 알려진 부하가 회전을 미세조정하는데 사용되며, 보간법을 사용함으로써, 법선방향 부하는 임의의 측정된 회전에 대해 계산될 수 있다. 축 부하로써, 얇고 평평한 웹에 대하여, 부하 대 편향은 선형이다.
충분한 강도를 제공하기 위하여, 웹은 세라믹 또는 스테인레스 스틸, 예를 들어 17-4 스테인레스 스틸과 같은 금속과 같은 큰 탄성계수를 갖는 재료로 만들어진다. 큰 탄성계수에 추가적으로, 재료는 바람직하게 웹에 유도된 응력을 견디기 위한 큰 항복강도를 가진다. 웹의 개수와 특정 적용에 적합한 재료 특성에 대한 추정은 예를 들어 캔틸레버와 같은 웹을 모델링함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어, 엘스비어 북홀란드 회사(Elsevier North Holland, Inc.), 아서 에이치. 버(Arthur H. Burr)의 1981년도 기계 분석 및 설계(Mechanical Analysis and Design) 400 페이지를 참조하라. 유한 요소 분석은 또한 이러한 목적에 사용될 수 있다. 큰 탄성 계수와 큰 항복 강도에 추가적으로, 재료는 유리 제조 장치에 연관된 바와 같이 상승된 온도에서 내부식성이 필요한데, 그 이유는 웹의 부식이 그 강도를 변화시키고 모니터링 장치에 의한 측정의 정확성에 부작용을 일으키기 때문이다. 다시 말하자면, 다양한 세라믹과 스테인레스 스틸은 실질적인 열화 없이 연장된 기간 동안 유리 제조 온도를 견딜수 있다. 한 실시예에서, 웹과 고정된 프레임은 재료의 하나의 블록, 예를 들면, 스테인레스의 하나의 블록으로부터 만들어질 수 있다.
특정 실시예에서, 축방향 부하의 측정과 법선방향 부하의 모니터링은 실질적으로 서로 독립적이다. 즉, 두 측정값(determination) 사이의 혼선(cross talk), 즉 다른 힘의 존재 결과로서 어느 한 측정값의 오차는 1% 보다 작다. 따라서, 예를 들어, 상기 장치가 두 힘 중 하나를 사용하여 미세조정되고, 이 후 다른 힘이 가해지면 측정된 값의 변화는 1% 보다 작을 수 있다.
도 4 내지 도 13은 도 2의 실시예에 사용된 것과 같은 에지 롤 어셈블리(26)를 나타낸다. 도 4 내지 도 13의 에지 롤 어셈블리는 지지 어셈블리(34)와, 유리리본(20)과 에지 롤(28)의 접촉에 의해 발생되는 장력(50)과 핀치력(52) 둘 다를 측정하기 적합한 하우징(36)을 구비한다. 도 4에서, 유리리본(20)은, 샤프트(30)가 샤프트(참조번호 54 참조)로부터 보여지는 바와 같이 반시계 방향으로 돌게되어, 아래방향(21)으로 움직이도록 추정된다. 마주보는 어셈블리(미도시)에서, 샤프트는 시계방향으로 도는 것을 알 수 있다.
개략적으로 살펴보면, 지지 어셈블리(34)는 에지 롤의 샤프트(30)를 지지하는 지지부재(56)(예를 들어, 도 5, 6 및 10 참조)를 포함한다. 지지부재는 장력(50)에 응답하는 선형 변위(도 10에서의 참조번호 78 참조)과 핀치력(52)에 응답하는 회전(도 13에서의 참조번호 58 참조)을 수행한다. 상기 언급된 바와 같이, 실제로, 선형 변위와 회전은 감지되고 이후 미세 조정 공정에 의한 힘의 값으로 변환되며, 상기 미세 조정 공정에서 알려진 부하가 샤프트에 가해지고 최종 선형 변위 및 회전이 측정된다.
도 4, 5 및 9에서 가장 명확하게 나타난 바와 같이, 지지어셈블리(34)는, 실시예에서 서로 분리가능한 두 개의 서브어셈블리(60, 62)를 포함한다. 서브어셈블리(60)는 샤프트(30)와 에지 롤(28)을 포함하는 동시에, 서브어셈블리(62)는 지지부재(56)와 상기 지지부재의 선형 변위와 회전을 감지하기 위한 그 연관된 장치를 포함한다. 에지 롤은 분리됨으로써 (예를 들면, 규칙적인 유지보수의 일부로서) 대체될 수 있는 한편, 롤러의 지지부재와 그 연관된 장치는 제 위치에 놓인다. 도 7 및 도 9에서 더 자세히 나타난 바와 같이, 서브어셈블리(60, 62)에는, 도 9의 참조번호 68에 의해 나타난 바와 같은 선형 이동에 의해 분리되고 재결합되는 두 개의 서브어셈블리들을 허용하는 암형(female) 도브테일부(64)와 수형(male) 도브테일부(66)가 장착될 수 있다. 조립과 분해의 용이성에 추가적으로, 예를 들어 이동가능한 기브(gibe, 미도시)에 의해 제 위치에 로크될 때, 도브테일 결합부는 힘의 측정에 바람직한 바와 같은 서브어셈블리들 사이에 단단한 연결부를 제공한다. 서브어셈블리들 사이의 다른 타입들의 연결부는 물론 도브테일 대신에 사용될 수 있으며, 예를 들어 서브어셈블리는 함께 볼트결합된다. 또한, 지지 어셈블리(34)는 원한다면 서브어셈블리 없이 단일의 장치로 구성될 수 있다.
기술된 실시예에서, 서브어셈블리(60)는 피벗(72)에 의해 서로 결합된 플레이트(70)와 하우징(36)을 포함한다. 피벗은 도 4에 나타난 바와 같이 수평에 대하여 임의의 각도로 샤프트(30)와 에지 롤(28)를 정위될 수 있게 하며, 플레이트(70)를 여전히 수평면에 놓인다. 샤프트(30)에 선택된 특정 각은 사용에 따라 그리고 롤러에 의해 리본에 가해질 바람직한 크기의 장력에 따라 결정될 것이다. 피벗을 사용하기 보다, 샤프트(30)와 에지 롤(28)은 원한다면 고정각으로 정위될 수 있다. 상기 언급된 바와 같이. 샤프트(30)와 에지 롤(28)은 자유롭게 회전되거나 구동될 수 있다. 후자의 경우, 샤프트(30)는 적합한 구동 장치(74)에 연결될 것이다(도 1).
서브어셈블리(62)는 지지부재(56)와 프레임(76)을 포함한다. 지지부재가 샤프트(30)에 가해진 유리 리본의 횡단 방향의 힘에 응답하도록, 지지부재(56)는 사용 동안, 리본에 수직인 평면에서 리본(20)의 평면(즉, 다운드로우 공정에 대한 수평면)에 평행하게 정위된다. 특히, 도 10에 나타난 바와 같이, 리본의 횡단 방향으로, 예를 들어, 도 4의 화살표 50의 방향으로 힘요소를 포함하는 샤프트(30)에 힘이 가해질 때, 지지부재(56)는 도 10에서 화살표(78)로 나타난 바와 같이, 상기 힘 요소의 방향으로 선형 변위를 수행한다. 더욱 특별하게는, 기술된 실시예에서, 지지부재(56)는 웹(80)의 탄성 변형의 결과로서 이러한 선형 변위를 수행한다. 설명을 위해, 단지 8개의 웹이 도 10에 나타나며, 웹의 변형의 크기가 확대되어 있다. 실제적으로, 8개 이상의 웹이 전형적으로 사용되며, 예를 들어 16개 웹이 사용될 수 있다. 중요하게는, 웹(80)의 변형은, 마찰력의 존재가 샤프트(30)에 가해진 힘의 모니터링과 간섭하지 않도록, 마찰이 없다. 비록 웹이 지지부재(56)에 선호된다 할지라도, 다른 지지물이 사용될 수 있고, 예를 들어, 다양한 형상의 스프링은 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다.
도 11에 보이는 바와 같이, 지지부재(56)의 변위는 센서(82)와 예를 들어, 전자기유도 센서(상기 참조)인 센서 타겟(84)을 사용하여 감지된다. 센서/타겟 조합 중 한 부재는 지지부재(56)에 부착되며, 다른 부재는 프레임(76)에 부착된다. 도 11에서, 센서 타겟(84)이 지지부재(56)에 부착되며 시작위치(86)로부터 최종위치(88)까지의 이동을 수행한다는 것을 알 수 있다. 알려진 힘을 사용하여 이러한 변위를 미세조정함으로써(상기 참조), 리본의 횡단방향에서 샤프트(30)에 가해진 힘은 센서와 그 타겟 사이의 상대적인 이동을 모니터링함으로써 실시간으로 모니터링될 수 있다.
센서 타겟의 변위에 응답하여, 센서(82)는 선(92)를 통해 컨트롤러(90)에 의해 수신된 신호를 발생시킨다. 컨트롤러(90)는 센서(82)로부터 수신된 신호를 비교하며 미리 정해진 설정값으로 수신된 신호를 비교한다. 컨트롤러(90)는 이 결과 선(96)을 통해 액츄에이터(94)에 의해 수신된 교정신호를 발생한다. 액츄에이터(94)는 이 결과 샤프트(30)에 결합되어, 샤프트(30)가, 이에 따라 장력 또는 핀치력이 교정 신호에 응답하여 변경될 수 있다. 액츄에이터(94)는 예를 들어, 지지 어셈블리(34)의 프레임(76)을 통해 샤프트(30)에 결합될 수 있으며, 베어링 어셈블리는 샤프트(30)에 수직 방향으로 프레임(76)의 이동을 허용한다. 액츄에이터(94)는 예를 들어, 압축된 공기 또는 유압 실린더, 선형 서보모터 또는 임의의 다른 적합한 액츄에이팅 장치를 포함할 수도 있다. 액츄에이터(94)는 단독으로 사용될 수도 있으며, 액츄에이터(94)는 총 핀치력을 제공하거나, 또한 액츄에이터(94)는 핀치력을 가하는 상기 언급된 방법들 중 한 방법과 같은 수동력 어플리케이터(예를 들어 평형추 및/또는 스프링)과 조합되어 사용될 수 있다. 컨트롤러(90)는 예를 들어 일반적인-목적의 컴퓨터 또는 적당한 신호 처리가 가능한 임의의 다른 타입의 처리 유닛일 수 있다.
교정신호에 응답하여, 액츄에이터(94)는 샤프트(30)에 수직인 방향으로 프레임(76)을 이동하도록 기동되고, 이로서 미리 정해진 값으로 핀치력을 유지하기에 적당하게 핀치력을 증가 또는 감소시킨다. 예를 들어, 핀치력이 접촉면의 진원도(circularity)의 결함 때문에 증가한다면, 컨트롤러(90)가 미리 정해진 타겟 핀치력으로부터의 핀치력을 변경하도록 하는 힘 신호를 센서(82)는 발생시킨다. 컨트롤러(90)는 이후 미리 정해진 타겟과, 액츄에이터(94)에 의해 수신된 힘 신호 사이의 차이에 비례하는 교정신호를 발생시킨다. 교정신호에 응답하여, 액츄에이터(94)는 샤프트(30)의 길이방향축에 수직 방향으로 리본(20)으로부터 멀리 프레임(76)을 이동시키고, 이에 따라 핀치력이 감소한다. 이 응답은 예를 들어, 일정한 핀치력을 유지하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 리본의 한 면의 에지 롤이 핀치력 및/또는 샤프트 장력의 변화에 응답하는 액츄에이터로써 형성될 수 있는 반면, 상기 리본의 다른 면의 마주보는 에지 롤들은 제 위치에 고정된다.
다른 실시예에서, 컨트롤러(90)는 미리 정해진 스케줄에 따르거나 또는 다른 드로우 환경에 응답하는 총 핀치력을 제공하는 힘을 가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 리본 온도의 변화는 액츄에이터(94)에 의해 가해진 힘의 변화를 보상하게 하는 컨트롤러(90)에 의해 사용될 수 있으며, 이로서 리본 온도 변화에 응답하는 총 핀치력을 변경시킨다.
리본을 가로지른 힘에 추가적으로, 지지부재(56)의 이동은 리본에 법선방향의, 예를 들어, 도 4의 화살표 52의 방향의 요소를 포함하는 샤프트(30)에 적용된 힘을 모니터하는데 또한 사용될 수 있다. 이 경우, 도 12와 도 13에 나타난 바와 같이, 지지부재(56)의 움직임은 선형 변위와는 반하여 회전(참조번호 58 참조)인 경우이다. 이들 도면에서, 화살표 96은 리본에 법선방향 힘 요소를 나타낸다. 도 13에 잘 보여지는 바와 같이, 힘 96은 웹(80)을 회전 동안 탄성적으로 변형시키도록 한다. 도 10의 선형 변위와 같이, 웹 이외의 다른 수단들은 지지부재(56)에 사용될 수 있으며, 리본 표면에 법선방향 요소를 갖는 힘에 응답하는 회전을 할 수 있다.
그러나, 지지부재가 지지되면, 지지부재(56)의 회전은 센서/타겟 조합을 사용하여 감지된다. 도 13에 보이는 바와 같이, 센서(82)는 프레임(76)에 장착될 수 있고 타겟(도시 생략)은 지지부재(56)에 부착된 암(98)에 장착될 수 있다. 암은 지지부재의 회전을 확대하는 것을 돕고, 이에 따라서 회전 감지를 용이하게 한다. 알려진 힘(상기 참조)을 사용하여 암(98)의 회전을 미세조정함으로써, 리본에 법선 방향으로 샤프트(30)에 가해진 힘은 실시간으로 측정되고 힘의 크기는 컨트롤러(90)에 통신된다. 상기 언급한 바와 같이, 컨트롤러는 측정된 힘의 크기를 미리 정해진 설정값의 값과 비교하여, 측정된 값 및 설정값이 동일하지 않다면 교정신호를 발생시킨다. 교정신호는 핀치력을 변경시키는 에지 롤을 기동시키고 이동하게 하는 액츄에이터(94)에 의해 수신된다.
상기 언급한 바와 같이 리본을 교차하는 방향의 힘 요소에 응답하는 지지부재(56)의 선형 변위는 실질적으로 리본에 법선방향 힘 요소에 응답하는 지지부재의 회전과 독립적이며, 이에 따라서 이러한 힘 요소들이 서로 독립적으로 모니터될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 두 요소들은 요구될 때, 동시에, 순차적으로 또는 주기적으로 모니터될 수 있다. 또한, 선형 변위 및 회전 둘 다를 감지하기보다, 지지부재(56)의 움직임 중 단지 하나만이 특정 적용에 유용하다면 감지될 수 있다.
몇몇 실시에에서, 리본(20)과 관련하여 지지 어셈블리(34)의 위치를 모니터하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 경우, 타겟은, 예를 들어, 광학 타겟은 어셈블리의 외벽상에 장착될 수 있고 그리고 그 위치는 시간의 함수로 감지될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 케이블 변환기는 지지 어셈블리(34)에 부착될 수 있고, 예를 들어 시간 내내, 에지 롤(28)의 마모의 결과로서, 본 장치의 위치에서 임의의 변화를 모니터하는데 사용된다.
도 14 내지 16은 앞서 설명된 실시예가 구성될 수 있는 서로 다른 형상의 도면이며, 도시된 사항은 단지 예시적이고 도시된 사항으로 한정되지 않는다. 밀봉 플레이트는 명확함을 위해 도시되지 않았다. 예를 들어, 도 14는 유리리본의 두께를 가로질러 마주하는 한 쌍의 에지 롤 어셈블리를 나타내며, 이 도면에서 액츄에이터(94)(연결 부재(100)를 통해)는 샤프트(30)의 길이방향축에 수직인 방향으로 하나의 에지 롤 어셈블리를 병진이동시키는데 사용된다(화살표 102로 나타난 바와 같이).(또한 도 2 참조).
도 15는 샤프트(들)에 수직인 방향으로 하나 또는 두개의 샤프트(30)를 병진이동시키는 대신, 액츄에이터(94)가 수평면에서 샤프트의 각도를 변경시키는데 사용되는 구성을 나타낸다. 도 15의 실시예에서, 마주보는 에지 롤의 두개의 롤 샤프트는 수평면에서 각도 α를 통해 이동된다.
(한 쌍의 마주보는 에지 롤 중 단지 하나의 에지 롤만을 나타내는) 도 16의 실시예에서, 액츄에이터(94)는 수직면에서 각도 β를 통해 에지 롤 샤프트(30)를 이동시키기 위해 사용되며, 이로서 리본(20)의 에지에 대한 샤프트의 각도를 변경시킨다.
본 발명의 상기 언급된 실시예, 특히 모든 "바람직한" 실시예들은 단지 실행가능한 실시예들이며, 본 발명의 특징을 명확히 이해시키기 위해 기술한다. 본 발명의 의도 및 특징으로부터 벗어남 없이 상기에 언급된 본 발명에 대하여 많은 변동 및 수정이 생길 수 있다. 이러한 모든 수정 및 변형은 본 공보 및 본 발명의 범위내에서 포함되도록 의도되며 다음의 청구항들로부터 보호된다.

10: 드로우 장치 12: 성형체
14: 트로프 16: 수렴성형면
18: 루트 20: 유리리본
22: 밀봉체 26: 에지 롤 어셈블리
28: 에지 롤 30: 샤프트
32: 에지부 34: 에지 롤 지지 어셈블리
40, 42: 지지암 60,62: 서브 어셈블리
82: 센서 90: 컨트롤러

Claims (20)

1. 다운드로우 유리 제조 공정에서 점탄성 영역을 포함하는 유리리본을 제조하는 단계;
   상기 유리리본의 점탄성 영역을, 상기 유리리본의 두께 방향의 핀치력을 가하는 마주보는 롤러들에 접촉시키는 단계;
   상기 유리리본의 두께 방향의 핀치력의 크기를 측정하는 단계와, 측정된 핀치력의 크기를 나타내는 힘 신호를 생성하는 단계;
   상기 힘 신호를 설정값과 비교하는 단계와, 상기 힘 신호와 상기 설정값 간의 차이를 나타내는 교정 신호를 생성하는 단계; 및
   가해진 핀치력이 실질적으로 설정 값과 동일하도록, 상기 마주보는 롤러들에 의해 상기 유리리본에 가해진 상기 핀치력을 변경시키는, 상기 유리리본에 대한 상기 마주보는 롤러들 중 적어도 하나의 롤러를 능동적으로(actively) 위치변경시키는 액츄에이터를 구동시키기 위해 상기 교정 신호를 사용하는 단계;를 포함하는 유리리본 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 핀치력의 적어도 일부는 수동력(passive force)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 액츄에이터는 적어도 하나의 마주보는 롤러의 샤프트를 상기 샤프트의 길이방향축과 수직인 방향으로 병진이동시키는 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 액츄에이터는 수평면에 놓인 각도로 적어도 하나의 마주보는 롤러의 샤프트를 회전시키는 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 액츄에이터는 수직면에 놓인 각도로 적어도 하나의 마주보는 롤러의 샤프트를 회전시키는 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 유리리본의 너비를 가로지르는 측 방향에서 장력의 최고 피크 대 피크 변화가 4.5kg 보다 작은 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
7. 다운드로우 유리 제조 공정에서 유리리본을 제조하는 단계;
   상기 유리리본의 에지를, 상기 유리리본의 두께 방향의 핀치력 또는 상기 유리리본의 횡단 방향의 장력을 가하는 마주보는 롤러들에 접촉시키는 단계;
   상기 유리리본의 두께 방향의 핀치력의 크기나 상기 유리리본의 횡단 방향의 장력의 크기를 감지하는 단계와, 감지된 핀치력이나 장력을 나타내는 신호를 생성하는 단계;
   생성된 신호를 설정 값과 비교하는 단계와, 교정 신호를 생성하는 단계; 및
   상기 유리리본의 횡단 방향으로 일정한 장력을 유지하도록 상기 유리리본에 가해진 상기 핀치력이나 상기 장력을 변경시키는, 상기 유리리본에 대한 적어도 하나의 마주하는 롤러를 능동적으로 위치변경시키는 액츄에이터를 구동시키도록, 교정 신호를 사용하는 단계;를 포함하고,
   상기 핀치력의 적어도 일부는 수동력(passive force)으로 구성되는, 유리리본 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 액츄에이터는 상기 교정 신호에 응답하여 샤프트의 길이방향 축에 수직인 방향으로 상기 적어도 하나의 마주보는 롤러의 샤프트를 이동시키는 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 액츄에이터는 상기 교정 신호에 응답하여 수평면에서의 각도로 적어도 하나의 롤러의 샤프트를 이동시키는 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 교정 신호에 응답하여 수직면에서의 각도로 하나의 롤러의 샤프트를 이동시키는 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 유리리본의 너비를 가로지르는 측 방향에서 인장력의 최고 피크 대 피크 변화가 4.5kg 보다 작은 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 유리리본의 너비를 가로지르는 측 방향에서 인장력의 최고 피크 대 피크 변화가 3.0kg 보다 작은 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
13. 청구항 7에 있어서,
    상기 핀치력의 최고 피크 대 피크 변화가 4.5kg 보다 작은 것을 특징으로 하는 유리리본 제조방법.
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