KR20100128257A - 힘 모니터링을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

유리리본(23)과 각지게 접촉하는 스터브 롤러(91)와 관련된 인장력(17) 및 핀치력(19)을 모니터링하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 상기 장치(7)는 스터브 롤러(91)의 샤프트(13)를 지지하는 지지부재(39)를 포함한다. 상기지지 부재(39)는 유리 리본(23)에서의 인장력(17)에 대응하는 선형 변위(45) 및 핀치력(19)에 대응하는 회전(59)을 수행한다. 상기 선형 변위(45) 및 회전(59)은 검출되고 보정 절차에 의해 힘 값으로 전환된다. 이러한 힘을 모니터링함으로써, 유리 특성, 예를 들어 잔류 응력이 개선될 수 있으며 이는 액정 디스플레이의 제조와 같은 그러한 응용분야에 사용되는 유리 시트에 있어 중요하다.

Description

힘 모니터링을 위한 방법 및 장치{FORCE MONITORING METHODS AND APPARATUS}

본 출원은 2009년 5월 27일 출원된 미국 특허출원 제12/472,840호의 우선권의 이익을 주장한다. 상기 문헌의 내용 및 본 명세서에 언급된 공개문헌, 특허, 및 특허관련 문헌은 전부 참조문헌으로 병합된다.

본 발명은 유리 제조 기술 특히, 예를 들어 유리 리본의 표면을 롤러 표면이 접촉하는 때에 발생되는 힘(forces)을 모니터링 하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러한 힘을 모니터링 함으로써, 리본으로부터 분리된 유리 시트는 예를 들어 잔류 응력이 개선될 수 있고, 상기 시트에서의 휨(warp)이 줄어들 수 있으며 이는 시트가 액정 디스플레이에서의 기판으로서 사용되는 경우 유익하다.

유리 리본은 예를 들어 퓨전 다운드로우 공정과 같은 다양한 다운 드로우 유리 제조 공정뿐 아니라 플로트 공정에 의해 제조된다. 상기 리본에서의 인장력(tension), 특히 가로지른 리본 인장력(across-the-ribbon tension)은 리본의 평탄성을 조절하는데, 또한 상기 리본으로부터 생성되는 개별 유리 시트에서의 잔류 응력을 조절하는데 중요하다. 상기 가로지른 리본 인장력은 예를 들어 리본의 움직임의 방향에 대한 일정 각으로 배향된 롤러(여기서는 “스터브(stub) 롤러” 또는 “스터브 롤”이라 한다)로 리본의 표면을 접촉함으로써 조절가능하다. 그러한 롤러는 리본을 안정화시키고 가로지른 리본 방향에서 상기 리본에 장력을 인가할 뿐 아니라, 상기 리본의 표면에 법선(normal) 방향으로 "핀치(pinch)"력을 인가한다.

본 발명의 개시 전에, 그러한 롤러에 의한 리본에 가해지는 힘을 모니터링하는 방법은 알려져 있지 않았다.

본 발명은 유리 제조 공정에 악영향을 미치지 않으면서 실시간으로 이러한 힘을 모니터링하는 방법 및 장치를 제공한다.

제1 측면에 있어서, 샤프트(13)의 일부(15)와 이동 유리 리본(23)의 접촉 결과로서 샤프트(13)에 인가되는 힘 성분을 모니터링 하기 위한 방법으로, 상기 힘 성분(force component)은 가로지른 리본방향에 있고, 상기 방법은

(a) 상기 샤프트(13)를, 상기 가로지른 리본 힘 성분을 포함하는 힘의 샤프트에 대한 적용에 대응하여 상기 가로 지른 리본 방향에서의 선형 변위(45)를 수행하는 지지 부재(support member) (39) 로 지지하는 단계; 및

(b) 상기지지 부재(39)의 선형 변위(45)를 모니터링 하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다.

제2 측면에서, 샤프트(13)의 일부(15)와 이동 유리 리본(23)의 접촉 결과로서 샤프트에 인가되는 힘 성분을 모니터링 하기 위한 방법으로, 상기 힘 성분은 리본의 법선 방향에 있고, 상기 방법은,

(a) 상기 샤프트(13) 를, 상기 리본에 대한 법선(normal-to-the-ribbon) 힘 성분을 포함하는 힘의 샤프트(13) 에 대한 적용에 대응하여 축에 대한 회전(59)을 수행하는 지지 부재(39) 로 지지하는 단계, 상기 축은 상기 리본 표면에 평행이며; 및

(b) 상기지지 부재(39)의 회전(59)을 모니터링하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다.

제3의 측면에서, 샤프트(13)의 중심선을 따라 작동하는 축힘의 성분을 모니터링 하는 장치로서, 상기 장치는,

(a) 샤프트(13);

(b) 상기 샤프트(13)에 대한 지지 어셈블리(support assembly)(7), 상기지지 어셈블리는 축 힘의 성분에 대응하여 선형적으로 변위 가능한(45) 지지 부재(39) 를 포함하며, 상기 변위(45)는 라인을 따르며, 상기 라인 및 상기 샤프트의 중심선은 공통 평면 또는 서로에 대하여 평행인 면상에 놓임; 및

(c) 상기 라인을 따라 상기 지지 부재(39) 의 선형 변위(45)를 모니터링 하는 센서(47,51) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치가 개시된다.

제4의 측면에서, 샤프트(13)의 중심선에 대해 법선으로 작동하는 힘(57) 을 모니터링 하는 장치로서, 상기 장치는,

(a) 샤프트(13);

(b) 상기 샤프트(13)에 대한 지지 어셈블리(7), 상기지지 어셈블리(7)는 상기 샤프트의 중심선에 대한 법선 힘(57)에 대응하여(in response to) 회전 가능한(59) 지지 부재(39) 를 포함함; 및

(c) 상기 지지 부재(39) 의 회전(59)을 모니터링 하는 센서(53, 55) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치가 개시된다.

본 개시의 다양한 측면에 대한 상기 요약에 사용되는 참조 번호는 보는 사람의 편의만을 위해서이고, 본 발명의 범위를 한정하도록 해석되어서는 안 되며 그러한 의도도 아니다. 보다 일반적으로 전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명 모두 본 발명의 단순한 예시에 불과하며 본 발명의 본질 및 특성을 이해하기 위해 개괄 및 개요를 제공하기 위한 의도임을 이해하여야 한다.

본 발명에 대한 추가적인 특징과 이점은 후술하는 바와 같은 상세한 설명에서 개시되며 부분적으로는 여기에 개시되는 설명으로부터 또는 발명을 실시함으로써 당업자에게 용이하게 이해될 것이다. 첨부되는 도면은 본 발명의 보다 구체적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서의 일부를 구성하도록 포함된다. 본 명세서 및 도면에 개시된 발명의 다양한 특징은 부분적으로 및 전체적인 조합으로 이용될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.

이러한 방법 및 장치에 의해 제공되는 데이터는, 예를 들어 프로세스 엔지니어에 피드백을 제공하는데 사용될 수 있으며, 이에 따라 조절을 포함하는 형성 프로세스에 대한 조절이 이루어질 수 있어 개선된 유리 특성, 예를 들어 더 낮은 잔류 응력 수준을 나타내게 할 수 있다.

도 1은 힘 모니터링 장치의 구체예에 대한 개략적 투시도이다.
도 2는 수평적 배열에서의 장치의 샤프트를 구비한, 도 1의 구체예의 개략적 측면도이다.
도 3은 도 1의 구체예에 대한 개략적 저면도이다.
도 4는 도 2의 좌측면으로부터 보여지는 바와 같은, 도 1의 구체예의 개략적 단면도이다.
도 5는 하방향으로 각진 배열에서의 장치의 샤프트를 구비한, 도 1의 구체예에 대한 개략적 측면도이다.
도 6은 도 1에 따른 장치의 어셈블리를 도시한 개략적 투시도이다.
도 7은 도 1에 따른 장치의 지지부재의 변위를 도시한 개략적 저면도이다. 변위의 양은 설명의 목적상 본 도면에서 과장되게 표현되었다.
도 8은 도 1에 따른 장치의 지지부재의 변위에 대한 검출을 도시한 개략적 측면도이다. 변위의 양은 설명의 목적 상 본 도면에서 과장되게 표현되었다.
도 9는 도 1에 따른 장치의 지지부재의 회전을 도시한 개략적 평면도(top view)이다.
도 10은 도 1에 따른 장치의 지지부재의 회전을 도시한 도 9의 A-A 선을 따르는 도면이다.
도 11은 스터브 롤의 채용한 퓨전 다운드로우 시스템의 개략적 다이어그램이다.

하기의 논의는 퓨전 다운드로우 공정(퓨전 공정, 오버플로우 다운 드로우 공정, 또는 오버 플로우 공정으로도 알려져 있음)에 관한 것이며 여기서 개시되며 청구되는 방법 및 장치는 또한 슬롯 드로우 공정과 같은 기타 다운 드로우 공정뿐 아니라 수평적으로 수행하는 공정, 예를 들어 플로트 공정에도 적용 가능하다는 점을 이해하여야 한다. 본 논의는 또한 스터브(stub) 롤러에 관한 것으로 여기서 개시되며 청구되는 방법 및 장치는 스터브 롤러로서 이용되거나 또는 기타 다른 목적으로 이용되건 간에, 움직이는 유리 리본과 접촉하는 어떠한 샤프트에도 적용가능함을 이해하여야 한다. 퓨전 장치 및 스터브 롤러는 당업계에 알려져 있으며 상세한 사항은 구체예의 설명을 흐리지 않도록 생략된다.

도 11에 보이는 바와 같이, 통상적인 퓨전 공정은 성형 구조(아이소 파이프)(61)를 채용하고 있으며, 이는 주입 파이프(65)로부터 용융 유리를 받는 공동(cavity)(63)을 포함한다. 상기 아이소 파이프는 상기 아이소 파이프의 두 개의 수렴면(69, 71)으로부터 용융 유리가 서로 합쳐져 리본(23)을 형성하는 곳인 루트(67)를 포함한다. 리본(23)은 그 수직 에지(75)에 인접한 비드(bead) 부분 (77, 79)을 포함한다. 루트를 떠난 이후, 상기 리본은 에지 및 인발 롤러(pulling roller)(미도시)를 가로지르고, 상기 에지 롤러는 리본의 폭을 조절하는데 사용되고, 상기 인발 롤은 리본에 인장력(tension)을 인가하는데 사용되어, 리본이 미리 결정된 속도로 하방 이동하도록 한다. 도 11에서, 하방 움직임은 화살표 81로 보여진다.

도 11에서는 또한 두 개의 스터브 롤러 어셈블리(83)가 도시되어 있다. 각각의 스터브 롤러 어셈블리는 두 개의 스터브 롤러(91)를 포함하고 이들 각각은 유리 리본(23)과 베어링 어셈블리(35)에 접촉하는 롤러(15)를 포함하는 샤프트(13)를 포함한다. 상기 스터브 롤러는 자유 회전(free turning)일 수 있으며 또는 모터(미도시)에 의해 구동될 수 있다. 상기 롤러는 도 11에서 화살표 17에 의해 도시되는 리본(23)에서의 인장력을 생성시킨다. 상기 롤러는 상기 리본의 표면에 대해 법선으로 배향된 핀치력을 또한 생성시킨다. 상기 핀치력은 예를 들어 상기 스터브 롤러에 결착된 레버 암(lever arm)에 인가되는 중량을 통해 결정(set)될 수 있다.

특정 구체예에 따르면, 상기 리본에 걸친 인장력 및/또는 상기 하나 이상의 스터브 롤러에서의 핀치력은 실시간으로 모니터된다. 보다 상세하게는, 스터브 롤러의 샤프트에서 대응하는 반응력(뉴턴의 제3 법칙의 의미에서)은 모니터 되고, 상기 유리 리본에서의 힘의 척도(measure)로서 사용된다. 이전에는, 유리 리본에서의 인장력은 알려지지 않았으며 실시간으로 또는 다른 방식으로 이를 측정하는 기술도 알려져 있지 않았었다. 또한 각 스터브 롤러가 상기 리본에 인가하는 핀치력이 또한 재차 실시간으로 모니터링 된다. 이전에는 핀치력은 분석적으로 추정되는 것이었으며 실시간으로 모니터링 되지 않았다. 이러한 힘들을 모니터링 함으로써, 프로세스 엔지니어들은 성형 공정에 대한 보다 근본적인 이해를 제공받게 된다. 그러한 이해는, 이제 공정을 변경하는데 사용될 수 있으며 유리 특성, 예를 들어 에지 응력 및 시트 평탄성과 같은 특성을 개선시키는데 사용될 수 있다.

넓은 의미에서, 스터브 롤러의 샤프트 및 이에 따른 유리 리본에서의 인장력과 핀치력은 상기 스터브 롤러가 설치되는 가요성(flexing) 부재를 사용하여 모니터된다. 상기 가요성 부재는 직교 방향, 즉 인장력과 핀치 방향에서, 이들 방향에 힘 성분을 갖는 하중(load)이 유리에 의해 상기 롤러에 인가되는 경우 작은 굴곡(deflections)이 일어나도록 디자인된다. 상기 가요성 부재의 작은 굴곡은 변위 센서에 의해 검출되며 적어도 하나의 센서는 힘이 측정되는 각각의 직교축에 대하여 사용된다. 굴곡을 측정하고 그 다음 알려진 하중에 의해 생성된 굴곡과 연관지음(correlating)으로써, 상기 롤러에 인가된 힘의 직교 성분이 측정될 수 있다.

상기 가요성 부재는 하중이 다중 방향으로 인가되더라도, 특정한 직교 축을 따르는 로드만을 실질적으로 측정하도록 디자인된다. 보다 상세하게, 상기 가요성 부재는 특정 하중이 인가되는 경우 관심(interest) 방향으로 굴곡되나, 가로 하중(transverse loads)이 인가되는 경우 동일한 방향을 따라서는 거의 영(0)의 굴곡을 갖는 적어도 일부를 포함하도록 디자인된다. 변위 센서는 그 다음 상기 가요성 부재의 상기 부분의 굴곡을 검출하도록 위치된다. 이러한 방식으로, 상기 가요성 부재/ 변위 센서 조합은 관심이 있는 방향을 따르는 하중으로부터 상기 가요성 부재의 굴곡을 측정하나, 가로 방향에서의 하중은 상기 센서에서 단지 최소의 효과만을 가질 것이다.

상기 가요성 부재는 또한 유리 형성 공정에 악영향(upset)을 주지 않을 정도로 충분히 강성으로(stiff) 디자인된다. 특히 높은 컴플라이언스(compliance)를 갖는 가요성 부재는 성형 공정을 불안정하게 만들 수 있다는 점이 발견되었다. 강성의 가요성 부재는 작은 굴곡을 일으키나 실제에 있어 정확한 힘의 모니터링은 고해상도를 갖는 변위 센서가 사용되는 경우 여전히 달성될 수 있다는 것을 알게 되었다. 적합한 고 해상도의 변위 센서의 예는 유도 센서(inductive sensor) 즉, 와상 전류(eddy current) 센서, 압전(piezoelectric) 센서, 스트레인 게이지(strain gages), 용량 센서(capacitive sensors), 및 광학센서를 포함한다. 상기 가요성 부재가 더 강성일 수록, 요구되는 변위 센서가 더욱 민감하며, 또한 그 반대도 같다는 것을 주의하여야 한다. 하중 셀(cell)과 같은 힘 게이지 또한 변위 센서를 대체하여 사용될 수 있다. 상기 하중 셀은 직접적인 힘의 측정을 제공하지는 않는데, 상기 하중이 각각의 웹에 의해 분할되기 때문이며, 이에 따라 상기 하중 셀의 보정(calibration)이 필요로 될 수 있다.

일 구체예에서, 상기 장치는 외부 프레임에 의해 둘러싸인 센터 빔(beam)(지지 부재)을 포함한다. 상기 센터 빔은 일련의 얇은 웹을 통해 상기 외부 프레임에 연결되어 있으며, 상기 롤러는 상기 센터 빔에 결착하여 있다. 상기 외부 프레임은 유리 제조 기계의 프레임에 대해 고정되어 있음에 비하여, 상기 센터 빔은 얇은 웹의 가요성에 기하여 외부 프레임에 대하여 굴곡지도록 한다.

축 하중이 유리의 움직임을 통해 상기 롤러에 인가되면, 힘이 웹을 통하여 상기 고정된 프레임에 전달된다. 상기 힘은 웹을 스프링처럼 굴곡되도록 한다. 상기 장치는 외부 프레임에 대하여 센터 빔의 상대적인 굴곡(deflection)을 측정하는 센서를 포함한다. 보정 작업을 수행함으로써 일련의 알려진 하중이 인가되고, 굴곡이 기록되며 그 다음 보간법(interpolation)을 사용함으로써, 상기 하중은 어떠한 측정된 굴곡에 대하여 계산될 수 있다. 얇은 평탄(flat) 웹의 경우에, 굴곡에 대한 하중은 선형(관계)으로서, 이는 변위 보정 커브 대비 힘의 경사면을 이용하여 하중을 간단히 계산할 수 있게 한다. 축상 하중에 대향하는(as opposed to) 법선(normal) 하중이 상기 롤러에 인가되면, 힘은 다시 상기 웹을 통해 고정된 프레임으로 전달된다. 이 경우, 센터 빔의 움직임은 병진운동(translation)이 아니라, 회전운동이다. 또한 일련의 알려진 하중이 상기 회전을 보정하는데 사용되며, 보간법을 사용함으로써, 법선 하중이 어떠한 측정된 회전에 대하여 계산될 수 있다. 축상 하중에서와 같이, 얇은 평탄성 웹에 있어서, 굴곡 대비 하중은 선형관계(linear)이다.

충분한 강성을 제공하기 위해, 상기 웹은 높은 탄성률을 갖는 물질, 예를 들어 세라믹 또는 스테인리스 스틸, 예를 들어 17-4스테인리스 스틸과 같은 금속으로 제조된다. 고 탄성률에 더하여, 상기 물질은 상기 웹에서 유도되는 응력을 견디도록 높은 항복 강도를 가질 필요가 있다. 웹의 수에 대한 견적 및 특정 용도에 알맞은 물질의 특성은 예를 들어 캔틸리버(cantilevers)와 같이 웹을 모델링함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어 Mechanical Analysis and Design by Arthur H. Burr, Elsevier North Holland, Inc., 1981, page 400을 참조할 수 있다. 유한 요소 해석(finite element analysis)도 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 고 탄성률 및 고 항복 강도에 더하여, 상기 물질은 상승된 온도,예를 들어 유리 제조 장비에 관련된 온도에서 부식에 저항성이 있을 필요가 있으며, 이는 웹의 부식이 이들의 강성을 변화시킬 수 있고, 이에 따라 장치를 모니터링 함에 따라 이루어지는 측정의 정확성에 악영향을 미치기 때문이다. 또한 다양한 세라믹 및 스테인리스 스틸은 실질적인 악화없이 연장된 기간 동안 유리 제조 온도를 견딜 수 있다. 일 구체예에서, 상기 웹 및 고정된 프레임은 예를 들어 스테인리스 스틸의 단일 블록과 같은 물질의 단일 블록으로부터 제조될 수 있다.

특정의 바람직한 구체예에서, 축상(axial) 하중의 모니터링 및 법선상 하중의 모니터링은 실질적으로 서로 독립적이다. 즉, 두 개의 측정치 사이의 혼선(cross-talk), 즉 다른 힘의 존재에 따른 어느 하나의 측정치에서의 오류는 1% 이하(less than)이다. 따라서 예를 들어, 만일 장치가 두 개의 힘 중 하나를 이용하여 보정되고 그 다음 다른 힘이 인가되었다면, 측정된 값의 변화는 1% 이하일 것이다.

이제, 도 1 내지 10을 참조하면, 지지부재(7)는 유리 리본에 접촉하는 스터브 롤러와 관계되는 인장력(17) 및 핀치력(19) 모두를 모니터링 하는데 적합하다는 것을 보여준다. 도 1에서, 유리 리본은 하방으로 움직이는 것으로 가정되어, 샤프트(13)는 샤프트(참조번호 21 참조)로부터 보이는 바와 같이 시계 반대방향으로 회전하게 된다. 대향 어셈블리(opposing assembly)(미도시)에서 샤프트는 시계방향으로 회전한다는 점을 유의하여야 한다.

개괄적으로, 장치(7)는 스터브 롤러의 샤프트를 지지하는 지지 부재(39)(예를 들어 도 7을 참조)를 포함한다. 상기 지지부재는 인장력(17)에 대응하여(in response to) 선형 변위(도 7의 45를 볼 것)를 수행하고, 핀치력(19)에 대응하여 회전(도 10의 참조번호 59를 볼 것)을 수행한다. 상기에서 논의된 바와 같이, 실제로, 선형 변위 및 회전은 검출되며, 그다음, 알려진 하중이 상기 샤프트에 인가된 보정 절차에 의해 힘값(force value)으로 변환되며 결과적인 선형 변위 및 회전이 측정된다.

도 1, 2 및 6에서 가장 분명하게 보이는 바와 같이, 어셈블리(7)는 두 개의 서브 어셈블리 9 및 11을 포함하며, 구체예에서는 서로 분리된 것으로 나타난다. 서브 어셈블리 9는 샤프트(13) 및 이의 롤러(15)를 포함함에 비하여, 서브 어셈블리 11은 지지부재(39) 및 이와 관련되어 상기 지지 부재의 선형 변위 및 회전을 검출하기 위한 장비를 포함한다. 분리됨에 의해, 상기 롤러의 지지부재 및 이와 관련된 장비가 제자리를 떠나있는 동안 스터브 롤러는 대체될 수 있다(예를 들어 정기적 유지보수의 일부로서). 도 6에서 가장 명확히 보이는 바와 같이, 서브 어셈블리 9 및 11은 암 이음매(33) 및 수 이음매(31)가 갖추어져, 도 6에서의 참조 번호 43에 의해 도시된 바와 같이 두 개의 서브 어셈블리가 분리되고 선형 움직임에 의해 다시 결합되는 것을 가능하게 한다. 어셈블리 및 디스 어셈블리를 가능케 함에 나아가, 이음매(dovetail) 결합구(joint)는 예를 들어 이동 가능한 요형 쐐기(gib)에 의해 제자리에 고정되어(locked ) 있는 경우 힘 측정을 하는데 바람직한 바와 같이, 상기 서브 어셈블리 사이의 단단한(solid) 연결을 제공한다. 서브 어셈블리 간의 다른 종류의 결합은 물론 이음매(dovetail) 대신(in place of ) 사용될 수 있으며, 예를 들어 서브 어셈블 리가 서로 볼트 결합(bolted)될 수 있다. 또한 어셈블리 7은 바람직한 경우 서브 어셈블리 없이 단일(unitary) 장치로서 설치될 수 있다.

개시된 구체예에서, 서브 어셈블리 9는 피벗(29)에 의해 서로 연결되는 하우징(25) 및 플레이트(27)를 포함한다. 상기 피벗은 샤프트(13) 및 이의 롤러(15)가 도 1에 개시된 바와 같이 수평선 아래의 각도로 배열되도록 하면서, 여전히 플레이트(27)는 수평면상에 있도록 한다. 샤프트(13)에 대하여 선택된 특정 각도는 용도 및 롤러에 의해 리본에 인가되는 인장력의 바람직한 양에 의존할 것이다. 피벗을 사용하지 않고, 샤프트(13) 및 이의 롤러(15)는 바람직하게는 고정된 각도로 배열될 수 있다. 서브 어셈블리 9는 또한 하우징(25) 내에 베어링 어셈블리(35)를 포함한다(도 2 참조). 상기 논의된 바와 같이, 샤프트(13) 및 이의 롤러(15)는 자유 회전 또는 구동될 수 있다. 뒤의 경우에, 샤프트(13)는 적당한 구동 장치(미도시)에 연결될 수 있다.

서브 어셈블리 11은 지지부재 (39) 및 프레임(37)을 포함한다. 사용 중에, 지지 부재(39)는 리본에 대한 수직한 면에서 상기 리본(23)의 표면(즉, 다운 드로우 공정을 위해 수평면)에 대해 평행하게 배열되어, 상기 지지부재가 샤프트(13)에 인가되는 가로지른 리본 힘에 반응(responsive)하도록 한다. 특히 도 7에 도시된 바와 같이, 힘이 예를 들어, 도 1의 화살표 17 방향과 같은, 가로지른 리본 방향에서의 힘 성분을 포함하는 샤프트(13)에 인가되는 경우, 지지 부재(39)는 도 7에서의 화살표 45로 도시된 바와 같이 힘성분의 방향으로 선형 변위를 수행(undergoes)하게 된다. 보다 상세하게, 보여지는 구체예에서, 지지부재(39)는 웹(41)의 탄성 변형의 결과로서 그러한 선형 변위를 수행한다. 설명의 목적상, 도 7에서 단지 여덟 개의 웹만이 도시되어 있으며 웹의 변형의 정도(magnitude)는 과장되어 있다. 실제로는 8 개 이상의 웹, 예를 들어 16개의 웹이 통상적으로 사용될 수 있다. 중요하게도, 웹(41)의 변형은 마찰이 없어서 마찰력의 존재가 샤프트(13)에 인가되는 힘을 모니터링하는 것을 방해하지 않게 된다. 웹이 지지부재(39)에 대하여 바람직하나, 다른 지지체가 사용될 수 있으며, 예를 들어 다양한 구조의 스프링이 이러한 목적으로 채용될 수 있다.

도 8에 개시된 바와 같이, 지지부재(39)의 변위는 센서(47) 및 센서 타겟(51), 예를 들어 유도 센서(상술한 바를 참조)를 이용하여 검출된다. 상기 센서/타겟 조합 중 하나의 부재는 지지부재(39)에 결착되어 있고, 다른 하나는 프레임(37)에 결착되어(attached) 있다. 도 8에서, 상기 센서 타겟은 지지부재(39)에 결착되어 초기 위치(49)에서 최종 위치(51)까지의 움직임을 수행한다고 가정된다. 이러한 변위를 알려진 힘을 사용하여(상술한 바를 참조) 보정함(calibrating)에 의하여, 가로지른 리본 방향에서 샤프트(13)에 인가된 힘이, 상기 센서 및 그의 타겟 사이의 상대 운동을 모니터링함으로써 실시간으로 모니터될 수 있다.

가로지른 리본 힘에 더하여, 지지멤버(39)의 움직임은 도 1의 화살표 19의 방향과 같은 리본에 대한 법선 방향에서의 성분을 포함하는 샤프트(13)에 인가된 힘을 모니터하는데 또한 사용될 수 있다. 이러한 경우, 도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 지지부재(39)의 움직임은 회전(참조 번호 59 참조)이며, 이는 선형 변위에 반대된다(as opposed to). 이들 도면에서, 화살표 57은 리본에 대한 법선의 힘 성분을 도시한다. 도 7의 선형 변위와 같이, 웹 이외의 다른 수단이 지지부재(39)에 대해 사용되어, 상기 리본의 표면에 법선 성분을 갖는 힘에 대응하여 회전을 수행할 수 있게 한다.

그러나 지지된, 지지부재의 회전은 센서/타겟 조합을 이용하여 검출된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 센서(55)는 프레임(37)상에 설치될 수 있으며 타겟(미도시)은 상기 지지부재(39)에 결착된 암(arm)(53) 상에 설치될 수 있다. 상기 암은 지지부재의 회전을 증폭시키는 역할을 하며, 이에 따라 회전의 검출이 가능하게 된다. 알려진 힘을 이용하여 암(53)의 회전을 보정함으로써(상술한 바를 참조), 상기 리본에 법선 방향에서 샤프트(3)에 인가되는 힘이 실시간으로 모니터될 수 있다.

상기에서 논의된 바와 같이, 가로지른 리본 방향에서의 힘 성분에 대응한 지지부재(39)의 선형 변위가 상기 리본에 대한 법선의 힘 성분에 대응한 지지부재의 회전과 실질적으로 독립적이어서, 이들 힘 성분이 서로 독립적으로 모니터되는 것이 가능하게 된다. 이러한 두 성분은 바람직하게는 동시에, 연속하여, 또는 간헐적으로 모니터될 수 있다. 또한 선형 변위 및 회전을 검출하지 않고, 특정 용도를 위해 여러 움직임 중 하나 만이 관심 사항이라면 지지부재(39)의 움직임 중 하나만을 검출할 수 있다.

일부 용도에 있어서, 리본(23)에 대하여 장치(7)의 위치를 모니터하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 타겟, 예를 들어 광학 타겟은 상기 장치의 외부 표면에 설치될 수 있으며 그 위치는 시간의 함수로서 검출된다. 또 다른 대안으로서, 케이블 변환기(transducer)가 장치(7)에 결착될 수 있으며 예를 들어, 시간에 따른 롤러(15)의 마모의 결과로서, 장치의 위치상의 어떠한 변화라도 모니터하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 다양한 변경은 전술한 개시내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어 상술의 논의에서 샤프트(13)는 유리 리본과 접촉하는 롤러를 포함하는 것이나, 개시 내용은 또한 상기 리본에 대해 접촉을 이루는 리본에 대하여 인접한 샤프트의 위치로, 롤러 없이 샤프트를 사용하여 수행될 수 있다. 후술하는 청구범위는 상기 내용 및 여기에 기술된 특정 구체예의 기타 변경, 변화 및 균등물을 커버하는 것으로 의도된다.

C1. 샤프트의 일부(a portion of the shaft)와 이동(moving) 유리 리본의 접촉 결과로서 샤프트에 인가되는 힘 성분을 모니터링 하기 위한 방법으로, 상기 힘 성분(force component)은 가로지른 리본방향(across-the-ribbon direction)에 있고, 상기 방법은: 상기 샤프트를, 상기 가로지른 리본 힘 성분을 포함하는 힘의 샤프트에 대한 적용에 대응하여 상기 가로 지른 리본 방향에서의 선형 변위를 수행하는 지지 부재로 지지하는 단계; 및 상기지지 부재의 선형 변위를 모니터링 하는 단계를 포함하는 방법.

C2. C1에 있어서, 상기 지지부재는 상기 리본에 대한 법선 방향에서의 성분을 포함하는 힘의 샤프트에 대한 적용에 대응하여 축에 대하여 회전을 수행하며, 상기 축은 상기 리본의 표면에 평행하고; 상기 방법은 상기 지지부재의 회전을 모니터링 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

C3. C2에 있어서, 상기 지지부재의 선형 변위를 모니터링 하는 단계 및 상기지지 부재의 회전을 모니터링 하는 단계는 실질적으로 서로 독립적인 것을 특징으로 하는 방법.

C4. C1, C2, 또는 C3에 있어서, 상기지지 부재는 상기 지지부재의 선형 변위 중에 탄성적으로 변형하여 상기 선형 변위가 마찰이 없도록 하는 복수의 웹에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 방법.

C5. C1, C2, C3, 또는 C4에 있어서, 상기 선형 변위는 상기 가로지른 리본 방향에서의 힘 성분에 선형적으로 관계하는 것을 특징으로 하는 방법.

C6. 샤프트의 일부와 이동 유리 리본의 접촉 결과로서 샤프트에 인가되는 힘 성분을 모니터링 하기 위한 방법으로, 상기 힘 성분은 리본의 법선 방향에 있고, 상기 방법은: 상기 샤프트를, 상기 리본에 대한 법선(normal-to-the-ribbon) 힘 성분을 포함하는 힘의 샤프트에 대한 적용에 대응하여 축에 대한 회전을 수행하는 지지 부재로 지지하는 단계, 상기 축은 상기 리본 표면에 평행이며; 및 상기지지 부재의 회전을 모니터링하는 단계를 포함하는 방법.

C7. C2, C3, C4, C5, 또는 C6에 있어서, 상기 지지부재는 상기 지지부재의 회전 중에 탄성적으로 변형하여 상기 회전이 마찰이 없도록 하는 복수의 웹에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 방법.

C8. C2, C3, C4, C5, C6, 또는 C7에 있어서, 상기 회전은 상기 리본에 대한 법선 방향에서의 힘 성분에 선형적으로 관계하는 것을 특징으로 하는 방법.

C9. C1 내지 C8 중 어느 하나에 있어서, 상기 용융 유리에 접촉하는 상기 샤프트의 위치는 구동되거나 자유 회전되는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

C10. C1 내지 C9 중 어느 하나에 있어서, 상기 샤프트는 상기 리본의 평면에 대하여 법선인 축에 대하여 피벗될 수 있도록 지지되는 것을 특징으로 하는 방법.

C11. C1 내지 C10 중 어느 하나에 있어서, 상기 샤프트는 상기 지지부재와 분리가능하게(releasably) 연결된 것을 특징으로 하는 방법.

C12. 샤프트의 중심선을 따라 작동하는 축힘의 성분을 모니터링 하는 장치로서, 상기 장치는: 샤프트; 상기 샤프트에 대한 지지 어셈블리, 상기지지 어셈블리는 축 힘의 성분에 대응하여 선형적으로 변위 가능한 지지 부재를 포함하며, 상기 변위(displacement)는 라인을 따르며, 상기 라인 및 상기 샤프트의 중심선은 공통 평면 또는 서로에 대하여 평행인 면상에 놓임; 및 상기 라인을 따라 상기 지지 부재의 선형 변위를 모니터하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

C13. C12에 있어서, 상기 지지부재는 상기 샤프트의 중심선에 법선 성분을 갖는 힘에 대응하여 회전하며; 상기 장치는 상기 지지부재의 회전을 모니터링하기 위한 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

C14. C12 또는 C13에 있어서, 상기 지지 어셈블리는 상기 지지 부재를 지지하는 복수의 웹을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

C15. C14에 있어서, 상기 웹은 상기지지 부재의 선형 변위 중에 탄성적으로 변형하여 상기 선형 변위가 마찰이 없도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.

C16. C14 또는 C15 에 있어서, 상기 웹은 상기지지 부재의 회전 중에 탄성적으로 변형하여 상기 회전이 마찰이 없도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.

C17. C12, C13, C14, C15, 또는 C16에 있어서, 상기 지지어셈블리는 상기 지지부재에 대하여 상기 샤프트의 중심선(centerline)의 배열(orientation)을 조절하기 위한 피벗을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

C18. C12, C13, C14, C15, C16, 또는 C17 에 있어서, 상기 샤프트는 롤러를 지지하며, 상기 지지어셈블리는 상기 샤프트에 대한 베어링 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

C19. C12, C13, C14, C15, C16, C17, 또는 C18 에 있어서, 상기 지지어셈블리는 상기 샤프트에 고정된 제1 서브 어셈블리 및 상기 지지부재를 포함하는 제2 서브 어셈블리를 포함하며; 상기 제1 서브 어셈블리는 상기 지지부재에 분리가능하게(releasably) 연결된 것을 특징으로 하는 장치.

C20. C19에 있어서, 제1 서브 어셈블리는 이음매 결합구에 의해 상기 지지부재와 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.

도면에 사용된 참조번호는 다음의 의미를 나타낸다.
7: 지지 어셈블리 9: 지지 어셈블리의 제1 서브 어셈블리
11: 지지 어셈블리의 제2 서브 어셈블리 13: 샤프트
15: 롤러 17: 인장력 화살표 (tension arrow)
19: 핀치력 화살표(pinch force arrow) 21: 회전 화살표(rotation arrow)
23: 유리 리본 25: 하우징
27: 플레이트 29: 피벗
31: 이음매의 수 부분(male portion of dovetail)
33: 이음매의 암 부분(female portion of dovetail)
35: 베어링 어셈블리 37: 프레임
39: 지지부재(support member) 41: 웹(web)
43: 제1 및 제2 서브 어셈블리를 도시하는 화살표
45: 지지부재의 선형 변위를 도시하는 화살표
47: 선형 변위 센서(linear displacement sensor)
49: 센서 타겟의 초기 위치 51: 센서 타겟의 최종 위치
53: 회전 센싱을 위한 확장 암(amplification arm)
55: 회전 센서(rotation sensor) 57: 핀치력을 도시하는 화살표
59: 지지 부재의 회전을 도시하는 화살표
61: 성형 구조(forming structure, 아이소 파이프)
63: 아이소 파이프 공동 또는 트로프 65: 주입 파이프
67: 아이소 파이프의 루트(root)
69: 아이소 파이프의 수렴면(converging side)
71: 아이소 파이프의 수렴면 75: 유리 리본의 수직 에지
77: 유리 리본의 비드 위치(bead portion)
79: 유리 리본의 비드 위치
81: 유리 리본의 하향 움직임을 나타내는 화살표
83: 스터브 롤러 어셈블리 91: 스터브 롤러

Claims (10)

1. 샤프트의 일부와 이동 유리 리본의 접촉 결과로서 샤프트에 인가되는 힘 성분을 모니터링 하기 위한 방법으로, 상기 힘 성분(force component)은 가로지른 리본방향에 있고, 상기 방법은
   (a) 상기 샤프트를, 상기 가로지른 리본 힘 성분을 포함하는 힘의 샤프트에 대한 적용에 대응하여 상기 가로 지른 리본 방향에서의 선형 변위를 수행하는(undergoes)지지 부재로 지지하는 단계; 및
   (b) 상기지지 부재의 선형 변위를 모니터링 하는 단계를 포함하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서, (a) 상기 지지부재는 상기 리본에 대한 법선 방향에서의 성분을 포함하는 힘의 샤프트에 대한 적용에 대응하여 축에 대하여 회전을 수행하며, 상기 축은 상기 리본의 표면에 평행하고, (b) 상기 방법은 상기 지지부재의 회전을 모니터링 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 지지부재의 선형 변위를 모니터링 하는 단계 및 상기지지 부재의 회전을 모니터링 하는 단계는 실질적으로 서로 독립적인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기지지 부재는 상기 지지부재의 선형 변위 중에 탄성적으로 변형하여 상기 선형 변위가 마찰이 없도록 하는 복수의 웹에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 선형 변위는 상기 가로지른 리본 방향에서의 힘 성분에 선형적으로 관계하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 샤프트의 일부와 이동 유리 리본의 접촉 결과로서 샤프트에 인가되는 힘 성분을 모니터링 하기 위한 방법으로, 상기 힘 성분은 리본의 법선 방향에 있고, 상기 방법은,
   (a) 상기 샤프트를, 상기 리본에 대한 법선(normal-to-the-ribbon) 힘 성분을 포함하는 힘의 샤프트에 대한 적용에 대응하여 축에 대한 회전을 수행하는 지지 부재로 지지하는 단계, 상기 축은 상기 리본 표면에 평행이며; 및
   (b) 상기지지 부재의 회전을 모니터링하는 단계를 포함하는 방법.
7. 샤프트의 중심선을 따라 작동하는 축힘의 성분을 모니터링 하는 장치로서, 상기 장치는,
   (a) 샤프트;
   (b) 상기 샤프트에 대한 지지 어셈블리, 상기지지 어셈블리는 축 힘의 성분에 대응하여 선형적으로 변위 가능한 지지 부재를 포함하며, 상기 변위는 라인을 따르며, 상기 라인 및 상기 샤프트의 중심선은 공통 평면 또는 서로에 대하여 평행인 면상에 놓임; 및
   (c) 상기 라인을 따라 상기 지지 부재의 선형 변위를 모니터하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   (a) 상기 지지부재는 상기 샤프트의 중심선에 법선 성분을 갖는 힘에 대응하여 회전하며,
   (b) 상기 장치는 상기 지지부재의 회전을 모니터링하기 위한 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 청구항 7 또는 8에 있어서, 상기 지지 어셈블리는 상기 지지 부재를 지지하는 복수의 웹을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 웹은 상기지지 부재의 선형 변위 중에 탄성적으로 변형하여 상기 선형 변위가 마찰이 없도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
    

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