KR20190003850A

KR20190003850A - 유리 리본을 드로잉하기 위한 풀링 롤, 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190003850A
Application number: KR1020190000306A
Authority: KR
Inventors: 서덕교; 송무섭; 백지완; 송호진; 채경석
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2019-01-09
Also published as: KR102015480B1

Abstract

유리 리본을 드로잉하기 위한 풀링 롤이 제공된다. 풀링 롤은 길이 방향으로 관통하여 연장하는 중앙 통로를 포함하는 롤 본체와, 상기 중앙 통로를 통해 연장하고 상기 롤 본체로부터 이격되어 배치되는 샤프트와, 상기 샤프트 상에 샤프트의 길이 방향으로 이동 가능하게 배치되어 상기 롤 본체를 지지하는 제1 플랜지와, 상기 제1 플랜지를 샤프트의 길이 방향으로 가압하는 스프링을 포함한다.

Description

유리 리본을 드로잉하기 위한 풀링 롤, 장치 및 방법{PULLING ROLL, APPARATUS AND METHOD FOR DRAWING GLASS RIBBON}

본 개시의 실시예들은 유리 리본을 드로잉하기 위한 풀링 롤, 유리 리본 드로잉 장치 및 유리 리본 드로잉 방법에 관한 것이다.

풀링 롤은 시트 유리 제조 공정에서 유리 리본을 원하는 최종 두께로 얇게 드로잉하기 위해 사용된다. 예를 들어, 풀링 롤은 용융 파이프의 팁 또는 루트의 아래에 위치하여 유리 리본을 드로잉함으로써 유리 리본이 용융 파이프를 이탈하는 속도를 조절하여 유리 리본의 최종 두께를 결정한다.

종래의 풀링 롤은 샤프트의 축방향으로 스택된 복수의 압축된 디스크들을 포함한다. 상기 디스크들은 컬러에 의해 압축된 상태로 샤프트 상에 정위치에서 고정되어 유지된다. 상기 복수의 디스크들은 유리 리본과 접촉하여 유리 리본을 드로잉하는 구성요소들로서, (통상 세라믹 섬유, 마이카(mica), 클레이(clay)로 이루어진) 세라믹 복합재로 제작된다.

그러나, 이러한 세라믹 디스크들은 열충격에 취약하기 때문에, 고온의 유리 리본과 접촉하는 과정에서 과도한 수의 입자를 방출하기 쉽다. 이러한 입자는 유리 리본의 표면에 부착되어 온클루젼(onclusion)으로 알려진 표면 결함을 일으킬 수 있다. 특히, 시트 유리가 평판 디스플레이용 기판으로 제조되는 경우, 시트 유리는 매우 낮은 수준의 온클루젼을 가져야 하는데, 이는 각각의 온클루젼이 최종 제품(예컨대, 디스플레이 패널)의 결함 영역(예를 들어 1 또는 그 이상의 결함 픽셀)으로 되기 때문이다. 따라서, 다수의 온클루젼 생성을 최소화하거나 방지하는 풀링 롤에 대한 요구가 당업계에 존재한다.

본 개시에 의하면 온클루젼의 생성을 최소화하거나 방지할 수 있는, 유리 리본을 드로잉하기 위한 풀링 롤, 유리 리본 드로잉 장치 및 유리 리본 드로잉 방법이 제공된다. 예컨대, 풀링 롤은 열 저항 재료로 제작되어 온클루젼의 생성을 방지할 수 있다

일 실시예로서, 유리 리본을 드로잉하기 위한 풀링 롤은 길이 방향으로 관통하여 연장하는 중앙 통로를 포함하는 롤 본체와, 상기 중앙 통로를 통해 연장하고 상기 롤 본체로부터 이격되어 배치되는 샤프트와, 상기 샤프트 상에 샤프트의 길이 방향으로 이동 가능하게 배치되는 제1 플랜지와, 상기 제1 플랜지를 샤프트의 길이 방향으로 가압하는 스프링을 포함한다. 스프링은 샤프트의 내부 또는 외부에 배치되는 코일 스프링이며, 외부에 배치되는 코일 스프링은 샤프트의 적어도 일부를 에워싸며 연장 가능하다. 상기 롤 본체는 단일 편이며, 퓨즈드 실리카 재료를 포함한다. 풀링 롤은 전체 길이 풀링 롤 또는 스터브 풀링 롤일 수 있다.

후술하는 실시예들에 따르면, 상기 제1 플랜지는, 샤프트와 활주 가능하게 결합되는 슬리브와, 상기 슬리브로부터 외향으로 연장하는 캡을 더 포함할 수 있다. 상기 캡은 상기 롤 본체와 접촉하여 상기 제1 플랜지가 상기 롤 본체를 지지한다. 상기 롤 본체 및 캡은 볼록부와 상기 볼록부를 수용하는 오목부를 포함할 수 있고, 상기 볼록부 및 오목부는 서로 접촉하는 상보적인 경사면들을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 풀링 롤은 상기 샤프트 내부에 설치되어 상기 스프링과 결합되는 로드(rod)와, 상기 제1 플랜지를 상기 로드에 결합하는 핀을 더 포함하고, 상기 샤프트는 샤프트의 길이 방향으로 연장하는 적어도 하나의 슬롯을 포함한다. 상기 핀은 상기 슬롯 내에서 샤프트의 길이 방향으로 이동 가능하다. 상기 풀링 롤은 샤프트 상에 고정되는 제2 플랜지를 더 포함하고, 롤 본체는 제2 플랜지와 제1 플랜지 사이에 배치된다.

또 다른 실시예로서, 유리 리본을 드로잉하기 위한 장치는, 적어도 한 쌍의 제1 풀링 롤과, 상기 제1 풀링 롤 쌍으로부터 풀링 경로를 따라 하류에 배치되는, 적어도 한 쌍의 제2 풀링 롤을 포함하며, 상기 제1 풀링 롤은 전체 길이 풀링 롤이며, 상기 제2 풀링 롤은 스터브 풀링 롤이다.

또 다른 실시예로서, 유리 리본을 드로잉하는 방법은 적어도 한 쌍의 풀링 롤에 의해 유리 리본을 드로잉하는 단계를 포함한다. 상기 풀링 롤은 샤프트와, 상기 샤프트와 함께 회전 가능한 롤 본체와, 상기 샤프트 상에 배치되어 상기 롤 본체를 지지하는 이동 플랜지와, 상기 샤프트에 설치되어 이동 플랜지에 대해 샤프트의 길이 방향으로 힘을 가하는 스프링을 포함하며, 상기 롤 본체는 퓨즈드 실리카 재료를 포함하고 상기 샤프트로부터 이격되어 배치된다. 상기 드로잉 단계는, 유리 리본을 드로잉하는 동안 상기 이동 플랜지가 상기 롤 본체의 지지를 유지하도록 상기 이동 플랜지를 상기 스프링에 의해 상기 샤프트의 길이 방향으로 이동시키는 단계를 포함한다.

본 개시의 일 실시예에 따른 풀링 롤에서는, 온클루젼의 생성이 최소화되거나 방지된다.

도1은 용융 유리로부터 유리 리본을 성형하는 일 실시예에 따른 유리 제조 장치를 개략적으로 도시한다.
도2는 일 실시예 따른 유리 리본 드로잉 장치를 개략적으로 도시한다.
도3은 도2에 도시된 유리 리본 드로잉 장치에서 유리 리본이 풀링 롤에 의해 드로잉되는 예를 도시하는 단면도이다.
도4는 제1 실시예에 따른 풀링 롤을 도시하는 평면도이다.
도5는 도4의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 취한 단면도이다.
도6은 도5의 A 부분의 확대도이다.
도7는 제2 실시예에 따른 풀링 롤을 도시하는 평면도이다.
도8은 도7의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 취한 단면도이다.
도9는 도8의 B 부분의 확대도이다.
도10은 제3 실시예에 따른 풀링 롤을 도시하는 평면도로서, 코일 스프링이 샤프트의 내부에 설치되어 있는 것을 도시한다.
도11은 제4 실시예에 따른 풀링 롤을 도시하는 평면도이다.
도12는 제5 실시예에 따른 풀링 롤을 도시하는 평면도이다.
도13은 도12의 XII- XII 선을 따라 취한 단면도이다.
도14a는 상온에서 열팽창하지 않은 제6 실시예에 따른 풀링 롤의 일부를 개략적으로 도시한다.
도14b는 고온에서 열팽창한 제6 실시예에 따른 풀링 롤의 일부를 개략적으로 도시한다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들을 설명한다.

도1은 용융 유리로부터 유리 리본을 성형하는 일 실시예에 따른 유리 제조 장치를 개략적으로 도시한다. 도1을 참조하면, 유리 제조 장치(100)는 용해 용기(101), 정제 용기(103), 혼합 용기(104), 이송 용기(108), 퓨전 드로잉 장치(Fusion Drawing Machine)(120)를 포함한다. 유리 배치 재료(glass batch material)는 화살표(102)에 의해 나타낸 바와 같이 용해 용기(101)로 투입된다. 상기 유리 배치 재료는 용융 유리(106)를 성형하기 위해 용해 용기(101) 내에서 용해된다. 정제 용기(103)는 용해 용기(101)로부터 용융 유리(106)를 수용하는 고온 공정 영역을 가지며, 정제 용기(103) 안에서 공기 방울이 용융 유리(106)로부터 제거된다. 정제 용기(103)는 연결 튜브(105)에 의해 혼합 용기(104)에 유체 유동 가능하게 연결된다. 즉, 용융 유리(106)는 연결 튜브(105)를 통해 정제 용기(103)로부터 혼합 용기(104)로 흐른다. 혼합 용기(104)는 용융 유리(106)를 교반하며, 차례로 연결 튜브(107)에 의해 이송 용기(108)에 유체 유동가능하게 연결되며, 용융 유리(106)는 연결 튜브(107)를 통해 혼합 용기(104)로부터 이송 용기(108)로 흐른다.

이송 용기(108)는 다운 코머(downcomer)(109)를 통해 용융 유리(106)를 FDM(120)으로 공급한다. FDM(120)은 포위부(enclosure)(122)를 구비하며, 포위부(122) 내부에 입구(110), 성형 용기(111), 일 실시예에 따른 유리 리본 드로잉 장치(150)가 배치된다. 도1에 도시된 바와 같이, 다운 코머(109)로부터의 용융 유리(106)는 입구(110)로 흘러 들어가 성형 용기(111)에 이른다. 성형 용기(111)는 트로프(trough)(113)로 흘러 들어가는 용융 유리(106)를 수용하는 개구부(112)를 포함한다. 용융 유리(106)는 트로프(113)로부터 넘쳐 흘러서 서로 다른 용융 유리의 흐름들로서 두 수렴면(114a, 114b)을 따라 흘러내린다. 상기 서로 다른 흐름들은 두 수렴면(114a, 114b)이 만나는 바닥 에지, 즉 루트(116)를 따라 합쳐지게 된다. 이후, 합쳐진 용융 유리(106)는 유리 리본 드로잉 장치(150)에 의해 드로잉 방향(151)으로 드로잉되어 연속적인 유리 리본(148)이 성형된다. 유리 리본 드로잉 장치(150)는 적어도 한 쌍의 풀링 롤과 이를 회전 및 구동하기 위한 엑츄에이터를 포함한다.

도2는 예시적인 유리 리본 드로잉 장치(150)를 개략적으로 도시하며, 도3은 유리 리본 드로잉 장치(150)에서 드로잉되는 유리 리본을 도시한다. 도2 및 도3을 참조하면, 유리 리본 드로잉 장치(150)는 유리 리본을 드로잉하기 위한 복수의 풀링 롤 쌍을 구비하며, 이들 복수의 풀링 롤 쌍은 풀링 경로를 따라 (즉, 유리 리본이 드로잉되는 방향인 드로잉 방향(151)을 따라) 위치한다. 각 풀링 롤의 쌍은 두 개의 풀링 롤을 가지며, 이들의 사이를 통해 유리 리본(148)이 드로잉된다. 각 풀링 롤 쌍의 각각의 풀링 롤이 유리 리본(148)의 제1 주 표면과 유리 리본(148)의 두께 방향으로 상기 제1 주 표면의 반대쪽의 제2 주 표면에 각각 접촉하며, 풀링 롤의 회전에 의해 유리 리본(148)이 드로잉된다. 몇몇 실시예들에 있어서, 유리 리본 드로잉 장치(150)는 두 개의 마주하는 전체 길이 풀링 롤(full length pulling roll)(200)을 가지는 풀링 롤 쌍(161)과 두 개의 마주하는 켄틸레버식 스터브 풀링 롤(cantilevered stub pulling roll)(600)을 가지는 복수의 풀링 롤 쌍(162, 163, 164, 165, 166, 167)을 구비한다. 전체 길이 풀링 롤(200)은 유리 리본(148)의 폭 전체에 걸쳐서 연장하며, 스터브 풀링 롤(600)은 유리 리본(148)의 전체 폭의 오로지 일부에만 걸쳐서 연장한다.

도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 전체 길이 풀링 롤(200)은 스터브 풀링 롤(600)에 비해 상류측에 배치되며, 유리 리본(148)을 유리 리본의 전체 폭의 대부분에 걸쳐서 일시적으로 접촉하여 유리 리본(148)을 드로잉함으로써 드로잉 공정의 초기 단계에서 유리 리본(148)을 성형한다. 스터브 풀링 롤(600)은 드로잉 방향(151)에서 전체 길이 풀링 롤(200)의 하류에 배치되며, 유리 리본(148)의 엣지 부분과 접촉하여 유리 리본(148)을 드로잉 방향(151)으로 드로잉한다. 각각의 스터브 풀링 롤(600)의 회전 각속도를 조절함으로써 유리 리본(148)이 드로잉되는 속도가 조절되어 유리 리본(148)의 최종 두께가 얻어질 수 있다.

도4 내지 도9는 전술한 전체 길이 풀링 롤(200)의 실시예들을 도시하고, 도10 내지 도13은 전술한 스터브 풀링 롤(600)의 실시예들을 도시한다. 여기에 개시되는 풀링 롤의 구성은 전체 길이 풀링 롤 및 스터브 풀링 롤에 모두 적용될 수 있다.

도4 내지 도6은 제1 실시예에 따른 예시적인 풀링 롤(200)을 도시한다. 도4는 상기 풀링 롤의 평면도이고, 도5는 도4의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 취한 단면도이며, 도6은 도5에 도시된 A 부분의 확대도이다. 도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 풀링 롤(200)은 샤프트(210), 롤 본체(220), 고정 플랜지(230), 이동 플랜지(240) 및 코일 스프링(250)을 포함한다.

샤프트(210)는 대략 원통형을 가지며, 샤프트(210)의 길이 방향(즉, 샤프트(210)의 축 방향)으로 연장한다. 롤 본체(220)는 유리 리본(148)과 접촉하는 풀링 롤의 부분이다. 롤 본체(220)는 대략 원통형을 가지며, 롤 본체의 제1 단부와 반대편의 제2 단부 사이에서 그 내부를 관통하여 롤 본체의 길이 방향으로 연장하는 중앙 통로(222)를 형성한다. 중앙 통로(222)의 직경(D1)은 샤프트(210)의 외경(D2)보다 크다. 즉, 롤 본체(220)와 샤프트(210) 간에는 소정 간격(G1)이 존재한다.

샤프트(210)가 롤 본체(220)의 중앙 통로(222)에 삽입되어 롤 본체(220)는 후술하는 고정 플랜지(230) 및 이동 플랜지(240)에 의해 샤프트(210) 상에 설치된다.

제1 실시예에 따른 풀링 롤(200)의 롤 본체(220)는 실리콘 다이옥사이드의 비결정질 형태인 퓨즈드 실리카(fused silica)로 이루어질 수 있다. 퓨즈드 실리카는 거의 0에 가까운 열팽창 계수(CTE)를 가지기 때문에(예컨대, 상온에서 5.5×10^-6m/℃), 열 충격에 강하다. 또한, 퓨즈드 실리카는 높은 내열성도 갖는다. 따라서, 롤 본체(220)가 퓨즈드 실리카로 이루어짐에 따라, 풀링 롤(200)은 열 충격에 따른 입자 생성 및 방출을 현저히 감소시킬 수 있다.

종래 기술의 풀링 롤 구조는 퓨즈드 실리카와 같은 열팽창 계수가 낮은 재료에는 적합하지 않다. 예컨대, 종래의 풀링 롤에서는 복수의 세라믹 디스크들이 압축된 상태로 컬러(collar)에 의해 샤프트 상에 고정된다. 상기 컬러는 샤프트에 고정되어 샤프트가 열팽창하면 컬러도 샤프트와 함께 이동한다. 따라서, 풀링 롤의 작동 중 노출되는 온도와 같은 고온에서 샤프트가 열 팽창하게 되면, 세라믹 디스크도 열 팽창하게 될 뿐만 아니라, (샤프트가 열 팽창함에 따라 컬러도 이동하게 되어) 세라믹 디스크에 대한 압축력이 감소하게 되어 세라믹 디스크도 더 팽창하게 된다. 따라서, 고정된 컬러가 샤프트의 열 팽창에 의해 이동하지만 세라믹 디스크는 샤프트로부터 분리되지 않는다. 그러나, 여기에 개시되는 실시예와 같이 롤 본체(220)의 열팽창 계수가 매우 낮은 경우, 기존의 고정 방식으로 롤 본체(220)를 샤프트(210)에 고정하면, 열팽창에 의한 롤 본체(220)의 신장은 거의 없게 되고, 샤프트의 열팽창 계수는 롤 본체의 열팽창 계수보다 훨씬 크기 때문에 롤 본체에 가해지는 압축력은 크게 영향을 받게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 롤 본체(220)는 단일의 편(piece)으로서 샤프트(210)로부터 이격되어 배치되며, 오로지 후술하는 이동 플랜지(240)가 샤프트(210)에 대해 상대적으로 이동하면서 롤 본체(220)를 가압함으로써 롤 본체(220)를 정위치에 고정시킨다. 따라서, 롤 본체(220)가 퓨즈드 실리카와 같은 열팽창 계수가 샤프트(210)의 열팽창 계수보다 상당히 더 작은 재료로 제작되더라도 롤 본체(220)를 정위치에 고정시키는 것이 가능하다. 아래에서 보다 상세히 설명한다.

도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 풀링 롤(200)의 롤 본체(220)는 샤프트(210) 상에 배치되는 고정 플랜지(230) 및 이동 플랜지(240)의 사이에 끼워져서 고정된다. 또한, 도6에는 롤 본체(220)에 단차(S)가 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 굴곡 부위에서 열응력이 집중되어 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위해 단차가 형성되지 않을 수 있다 (도7 내지 도9의 제2 실시예 참조).

도6에 도시된 바와 같이, 이동 플랜지(240)는 샤프트(210)의 길이 방향을 따라 연장하는 슬리브(242)와 슬리브(242)로부터 반경외측방향으로 연장하는 캡(244)을 포함한다. 슬리브(242)는 샤프트(210)가 관통 연장하는 개구(246)를 가지며, 샤프트(210) 상에서 이동 가능하다.

슬리브(242)는 샤프트(210)의 길이 방향으로 연장하여 샤프트(210) 상에서 이동 플랜지(240)가 원활하게 샤프트(210)의 길이 방향으로 이동하는 것을 허용한다. 이동 플랜지(240)를 샤프트(210)와 이동 가능하게 결합하기 위해, 이동 플랜지(240)와 샤프트(210) 사이에는 약간의 간극이 존재해야 한다. 이 간극 때문에 이동 플랜지(240)는 샤프트(210) 상에서의 이동 중 샤프트(210)에 대해 경사질 수 있다. 이러한 경사각이 클수록, 이동 플랜지(240)가 샤프트(210) 상에서 이동하는 도중에 샤프트(210)의 표면에 걸려서 이동 플랜지(240)의 이동이 방해될 우려가 커진다. 그러나, 본 명세서의 이동 플랜지(240)는 샤프트(210)의 길이 방향으로 연장하는 슬리브(242)를 구비함으로써, (이동 플랜지(240)가 슬리브(242)가 없을 때와 비교하여) 이동 플랜지(240)의 샤프트(210)에 대한 최대 경사각이 감소한다. 따라서, 이동 플랜지(240)가 보다 원활히 샤프트(210) 상에서 이동 가능하다. 또한, 이동 플랜지(240)가 보다 원활히 샤프트(210) 상에서 이동 가능하도록, 슬리브(242)의 단부는 챔퍼링되거나 라운딩될 수 있다.

샤프트(210)의 길이 방향으로 연장하는 공간(214)이 샤프트(210) 내에 적어도 샤프트(210)의 단부에 형성된다. 공간(214)에는 코일 스프링(250) 및 로드(260)가 설치되어, 코일 스프링(250)의 일단은 공간(214) 내에서 샤프트(210)의 내벽과 접촉하며, 타단은 로드(260)와 접촉한다. 로드(260)의 단부(262)에는 관통 홀(264)이 형성되고, 샤프트(210)에는 슬롯(216)이 형성되며, 이동 플랜지(240)에는 관통 홀(246)이 형성된다. 핀(270)이 샤프트(210)의 슬롯(216)을 관통해 로드(260)의 관통 홀(264) 및 이동 플랜지(240)의 관통 홀(246)에 결합된다. 슬롯(216)은 샤프트(210)의 길이 방향으로 연장하므로, 핀(270)은 슬롯(216) 내에서 샤프트(210)의 길이 방향으로 이동 가능하다.

롤 본체(220)가 고정 플랜지(230)와 이동 플랜지(240) 사이에 고정된 상태로 코일 스프링(250)은 압축되어, 코일 스프링(250)은 로드(260)를 샤프트(210)의 길이 방향으로 샤프트(210)의 단부(212)로부터 멀어지는 방향으로 가압한다.

전술한 샤프트(210)의 구성에 의해, 이동 플랜지(240)가 샤프트(210)의 길이 방향으로 샤프트(210)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 상태에서, 이동 플랜지(240)가 코일 스프링(250)의 탄성 복원력에 의해 샤프트(210)의 길이 방향으로 샤프트(210)의 단부(212)로부터 멀어지는 방향으로 롤 본체(220)를 가압한다. 따라서, 상온에서 이동 플랜지(240)는 롤 본체(220)를 접촉 지지할 뿐만 아니라, 고온에서 샤프트(210)가 길이 방향으로 열팽창하더라도 이동 플랜지(240)는 샤프트(210)에 대하여 상대적으로 이동하여 롤 본체(220)의 접촉 지지 상태를 유지한다.

롤 본체(220)는 샤프트(210)로부터 이격되어 있으며, 오로지 이동 플랜지(240)에 의해 롤 본체(220)가 정위치에서 샤프트(210)와 함께 회전하도록 고정된다. 일 실시예로서, 롤 본체(220)의 단부에 볼록부가 형성되며, 캡(244)에는 상기 롤 본체(220)의 볼록부가 수용되는 오목부가 형성될 수 있다. 따라서, 풀링 롤(200)의 작동 중 롤 본체(220)가 유리 리본(148)과 접촉함에 따라 반경 방향으로 힘을 받더라도 롤 본체(220)는 쉽게 이동 플랜지(240)로부터 이탈되지 않는다.

롤 본체(220)의 중심축과 샤프트(210)의 중심축이 일치하지 않게 되는 경우 샤프트(210)가 회전하게 됨에 따라 회전하게 되는 롤 본체(220)는 요동치게 되고 그 결과 유리 리본에도 균일한 드로잉 힘이 전달되지 않게 된다. 이를 방지하기 위해, 캡(244)의 오목부는 반경 내측 방향으로 경사진 경사면(248)을 포함하고, 롤 본체의 볼록부는 상기 경사면(248)과 접촉하는 상보적인 경사면(224)을 포함할 수 있다. 상기 경사면들(224, 248)이 서로 접촉할 때 롤 본체(220)의 중심축과 샤프트(210)의 중심축이 일치하도록 볼록부 및 오목부가 설계된다. 따라서, 풀링 롤 작동 중 (유리 리본(148)으로부터의 반력 등에 의해) 상기 경사면들(224, 248)이 일시적으로 접촉하지 않게 되더라도, 경사면(248)은 경사면(224)를 가압하는 상태이기 때문에 상기 경사면들(224, 248)은 곧 접촉 상태를 회복하게 되고 롤 본체(220)의 중심축과 샤프트(210)의 중심축은 일치하게 된다. 결과로서, 캡(244)은 샤프트(210)에 대하여 롤 본체(220)를 센터링하고 롤 본체(220)의 외부 표면은 샤프트(210)의 회전 축과 동심이게 된다.

또한, 롤 본체(220)가 유리 리본(148)과 접촉하여 유리 리본(148)을 인장할 때 샤프트(210)와 함께 롤 본체(220)가 회전할 수 있도록(즉, 롤 본체(220)와 이동 플랜지(240) 사이에 슬립이 발생하는 것을 방지하도록) 코일 스프링(250)은 충분한 힘을 이동 플랜지(240)에 가해야 한다. 상기 힘은 풀링 롤(200)의 작동 시 유리 리본으로부터 롤 본체(220)에 가해지는 토크, 이동 플랜지(240)와 롤 본체(220) 사이의 마찰 계수를 기초로 계산될 수 있다. 또한, 코일 스프링(250)은 고온에서도 탄성력을 유지해야 하며, 일 예로서 NIMONIC 90 재료로 이루어질 수 있다.

또한, 롤 본체(220)와 이동 플랜지(240) 사이에 슬립을 보다 확실한 방지하기 위해 추가적인 상보적인 홈(226) 및 돌출부(249)가 경사면들(224, 248) 상에 형성될 수 있다. 또한, 롤 본체(220)와 이동 플랜지(240) 사이에 슬립을 방지하기 위해, 롤 본체(220)의 단부는 롤 본체(220)의 중심축 방향으로 보았을 때 비원형(non-circular), 예컨대 타원형일 수 있다.

고정 플랜지(230)는 샤프트(210) 상에 고정된다는 점을 제외하고는 형상 면에서 이동 플랜지와 동일하게 설계된다. 고정 플랜지(230)는 샤프트(210)와 일체로 형성될 수 있다. 다르게는, 고정 플랜지(230)는 별개의 부품으로 샤프트(210) 상에 고정될 수 있으며, 이러한 예에서의 고정 방식은 나사 결합, 핀 결합 등 다양한 공지의 고정 방식을 포함할 수 있다. 또한, 고정 플랜지(230)와 결합되는 롤 본체(220)의 단부도 이동 플랜지(240)와 결합되는 롤 본체(220)의 단부와 동일하게 설계된다. 즉, 동일한 형상의 두 플랜지들 (즉, 고정 플랜지와 이동 플랜지) 사이에 상기 플랜지들과 상보적인 형상의 단부들을 갖는 롤 본체(220)가 끼워져서, 롤 본체(220)가 센터링되고 롤 본체(220)의 양 단부들이 양 플랜지들로부터 이탈되거나 양 플랜지들 상에서 슬립되는 것이 방지된다.

롤 본체(220)는, 샤프트(210)의 외경(D2) 및 슬리브(242)의 외경(D3)보다 큰 내경(D1)을 가진다. 즉, 롤 본체(220)와 샤프트(210) 간에는 소정 간격(G1)이 존재하고, 롤 본체(220)와 슬리브(242) 간에는 소정 간격(G2)이 존재한다. 상기 소정 간격(G1, G2)은 샤프트(210) 또는 슬리브(242)가 반경외측방향으로 최대로 열팽창하더라도 롤 본체(220)에 닿지 않도록 정해진다.

도7 내지 도9는 제2 실시예에 따른 풀링 롤(300)을 도시한다. 도7은 제2 실시예에 따른 풀링 롤(300)의 평면도이고, 도8은 도7의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 취한 단면도이며, 도9는 도8의 B 부분의 확대도이다.

도7 내지 도9에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 풀링 롤(300)에서는, 롤 본체(320)가 샤프트(310) 상에 배치되는 고정 플랜지(330) 및 이동 플랜지(340)의 사이에 끼워져서 고정되며, 코일 스프링(350)이 샤프트(310)의 외부에 설치된다.

제2 실시예의 이동 플랜지(340)는 제1 실시예의 이동 플랜지(240)와 유사한 형상 및 기능을 갖는다. 즉, 이동 플랜지(340)는 (제1 실시예의 이동 플랜지(240)와 유사하게) 슬리브(342) 및 캡(344)을 포함하여 샤프트(310) 상에서 이동하여 롤 본체(310)를 지지한다.

샤프트(310)에는 코일 스프링(350)의 안착을 위한 제1 스프링 시트(360)와 제2 스프링 시트(370)가 제공된다. 제1 스프링 시트(360)는 샤프트(310)의 단부(312)에 위치하고, 제2 스프링 시트(370)는 제1 스프링 시트(360)로부터 샤프트(310)의 길이 방향에서 이격되어 있다. 제1 스프링 시트(360)는 샤프트(310)와 일체로 형성될 수 있다. 또는, 별개의 부품으로 된 제1 스프링 시트(360)가 나사 결합, 핀 결합, 용접 등의 공지의 고정 방식에 의해 샤프트(310)에 고정될 수 있다. 제2 스프링 시트(370)는 개구(372)를 가지며, 샤프트(310)가 개구(372)를 관통하는 방식으로 제2 스프링 시트(370)가 샤프트(310)에 대하여 이동 가능하게 장착된다.

코일 스프링(350)은 제1 스프링 시트(360)와 제2 스프링 시트(370) 사이에 배치된다. 롤 본체(320)가 고정 플랜지(330)와 이동 플랜지(340) 사이에 고정된 상태일 때 코일 스프링(350)은 압축된 상태이기 때문에, 코일 스프링(350)은 제2 스프링 시트(370)를 샤프트(310)의 길이 방향으로 샤프트(310)의 단부(312)로부터 멀어지는 방향으로 가압한다. 이에 따라 제2 스프링 시트(370)와 접촉한 상태에 있는 이동 플랜지(340)도 함께 샤프트(310)의 단부(312)로부터 멀어지는 방향으로 가압된다. 제2 스프링 시트(370)는 코일 스프링(350)의 보다 안정적인 안착을 위해 선택적으로 제공된다. 다른 실시예의 풀링 롤은 제2 스프링 시트(370)를 구비하지 않을 수 있으며, 이 경우 코일 스프링(350)이 이동 플랜지(340)와 직접 접촉할 수 있다.

이동 플랜지(340)가 샤프트(310)의 길이 방향으로 샤프트(310)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 상태에서, 롤 본체(320)는 코일 스프링(350)의 탄성 복원력에 의해 샤프트(310)의 길이 방향으로 샤프트(310)의 단부(312)로부터 멀어지는 방향으로 가압된다. 따라서, 상온에서 이동 플랜지(340)는 롤 본체(320)를 접촉 지지할 뿐만 아니라, 고온에서 샤프트(310)가 길이 방향으로 열팽창하더라도 이동 플랜지(340)는 샤프트(310)에 대하여 상대적으로 이동하여 롤 본체(320)의 접촉 지지 상태를 유지한다.

롤 본체(320)는 샤프트(310)의 외경(D4)보다 큰 내경(D5)을 가진다. 즉, 롤 본체(320)와 샤프트(310) 간에는 소정 간격(G3)이 존재한다. 상기 소정 간격((G3)은 샤프트(310)가 반경외측방향으로 최대로 열팽창하더라도 롤 본체(320)에 닿지 않도록 정해진다.

도10 및 도11은 각각 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 풀링 롤들(400, 500)을 도시한다. 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 풀링 롤들(400, 500)은 유리 리본(148)의 폭의 일부에 걸쳐서 연장하는 캔틸레버식 스터브 풀링 롤(stub pulling roll)이며, 전술한 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 풀링 롤들(200, 300)의 구성과 유사한 구성을 가진다. 상세하게는, 도10에 도시하는 제3 실시예의 풀링 롤(400)은 샤프트(410), 롤 본체(420), 고정 플랜지(430), 이동 플랜지(440) 및 코일 스프링(450)을 포함하며, 코일 스프링(450)은 샤프트(410)의 내부에 배치된다. 도11에 도시하는 제4 실시예의 풀링 롤(500)은 샤프트(510), 롤 본체(520), 고정 플랜지(530), 이동 플랜지(540) 및 코일 스프링(550)을 포함하며, 코일 스프링(550)은 샤프트(510)의 외부에 배치된다. 코일 스프링(550)은 제1 스프링 시트(560)와 제2 스프링 시트(570) 사이에 배치된다.

일 실시예의 유리 리본 드로잉 장치에 있어서, 샤프트(210, 310, 410, 510) 중 코일 스프링(250, 350, 450, 550)을 포함하는 부분은, 코일 스프링(250,350,450, 550)이 샤프트(210, 310, 410, 510)의 내부 또는 외부에 배치되는 간에, FDM(120)의 외부에 위치하고, 외부에 위치한 부분을 제외한 풀링 롤(200, 300, 400, 500)의 나머지 부분만이 FDM(120) 내에 위치한다. 즉, 샤프트(210, 310, 410, 510)의 상술한 부분은 고온에 노출되지 않는다. 따라서, 코일 스프링(250, 350, 450, 550)의 성능은 온도의 영향을 덜 받게 된다.

코일 스프링(250, 450)이 샤프트(210, 410)의 내부에 설치되는 제1 실시예 및 제3 실시예의 풀링 롤(200, 400)에서는, 코일 스프링(250, 450)이 외부로 노출되지 않아 작업자의 손이 코일 스프링(250, 450)에 끼일 위험이 없어 작업자에게 더욱 향상된 안전성을 제공할 수 있다. 반면에, 제2 실시예 및 제4 실시예의 풀링 롤(300, 500)은 샤프트(310, 510)의 외부에 설치되는 코일 스프링(350, 550)을 가지므로, 단순한 구조와 용이한 제조의 측면에서 유리할 수 있다.

전술한 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 풀링 롤들(200, 300)은 전체 길이 풀링 롤로서, 스터브 풀링 롤(400, 500)에 비해 상류측에 배치된다. 유리 리본(148)은 하류 방향(151)으로 드로잉될수록 온도가 낮아지기 때문에, 스터브 풀링 롤의 상류에 배치되는 전체 길이 풀링 롤(200, 300)은 상당한 고온에 노출되는데 반해, 스터브 풀링 롤(400, 500)은 전체 길이 풀링 롤(200, 300)에 비해 상대적으로 저온에 노출된다. 따라서, 스터브 풀링 롤의 샤프트의 외부에 설치되는 코일 스프링이 FDM(120)의 내부에 배치하게 된다면 (상류 측의 전체 길이 방향 풀링 롤과 비교하여) 코일 스프링의 성능은 온도에 크게 영향을 주지 않으면서 코일 스프링이 작업자에게 노출되지 않는다. 도12 및 도13은 이러한 스터브 풀링 롤의 예를 도시한다.

도12는 제5 실시예에 따른 풀링 롤을 도시하는 평면도이다. 도13은 도12의 XII- XII 선을 따라 취한 단면도이다.

도12에 도시된 제5 실시예의 스터브 풀링 롤(600)은 샤프트(610), 롤 본체(620), 고정 플랜지(630), 이동 플랜지(640) 및 코일 스프링(650)을 포함하며, 코일 스프링(650)은 샤프트(610)의 외부에 배치된다. 코일 스프링(650)은 스프링 시트(660)와 이동 플랜지(640) 사이에 배치된다. 제5 실시예의 스프링 시트(660)는 샤프트(610) 중 FDM(120)의 내부에 배치되는 부분 상에 배치된다. 따라서, 코일 스프링(650)은 스프링 시트(660)와 이동 플랜지(640) 사이에 배치되므로, 코일 스프링(650)은 FDM(120)의 내부에 배치된다. 롤 본체(620)가 고정 플랜지(630)와 이동 플랜지(640) 사이에 고정된 상태일 때 코일 스프링(650)은 압축된 상태이기 때문에, 코일 스프링(650)은 이동 플랜지(640)를 샤프트(610)의 길이 방향으로 샤프트(610)의 단부(612)로부터 멀어지는 방향으로 가압한다.

제4 실시예의 제1 스프링 시트(410)에 비해, 제5 실시예의 스프링 시트(660)는 롤 본체(620)에 더 가깝게 배치되기 때문에, 코일 스프링(650)과 이동 플랜지(640) 사이에 스프링 시트는 생략되었으나, 본 개시의 기술적 사상이 이러한 실시예로 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 롤 본체(620)를 충분히 가압하는 범위 내에서 코일 스프링(650)의 길이를 조절함으로써 코일 스프링(650)과 이동 플랜지(640) 사이에 스프링 시트를 배치하는 것도 가능하다.

도2에 도시된 일 실시예에 따른 유리 리본 드로잉 장치(150)에서는, 제1 실시예에 따른 풀링 롤(200)과 제5 실시예에 따른 풀링 롤(600)이 안정성 면에서 유리하기 때문에, 각각 전체 길이 풀링 롤 및 스터브 풀링 롤로서 채용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예의 유리 리본 드로잉 장치는 전체 길이 풀링 롤로서 제2 실시예에 따른 풀링 롤(300)을 채용할 수 있고, 스터브 풀링 롤로서 제3 또는 제4 실시예에 따른 풀링 롤(400, 500)을 채용할 수 있다.

제1 실시예에 따른 풀링 롤(200)에서는 이동 플랜지(240)가 샤프트(210) 상에서 샤프트(210)에 대하여 상대적으로 이동한다. 이동 플랜지(240)가 이동하는 샤프트(210)의 영역에 유리 응축물(condensate)이 낙하하여 축적(accumulate)되는 경우, 롤 본체(220)에 불필요한 응력이 가해질 수 있다. 즉, 고온에서 샤프트(210)가 열팽창한 상태에서, 이동 플랜지(240)에 대하여 상대적으로 이동한 샤프트(210)의 부분에 유리 응축물이 낙하하여 상기 부분에 축적될 수 있다. 이후, 풀링 롤(200)이 상온 상태로 돌아감에 따라 샤프트(210)가 원래의 길이로 수축하게 되면, 샤프트(210) 상의 축적된 유리 응축물은 이동 플랜지(240)를 향해 이동하게 되어 이동 플랜지(240)에 걸리게 된다. 이에 따라, 샤프트(210)의 수축력이 이동 플랜지(240)를 통해 롤 본체(220)에 전달되어, 롤 본체(220)가 손상 또는 파손될 수 있다.

도14a 내지 도14b는 제6 실시예에 따른 풀링 롤의 일부를 도시한다. 도14a는 상온에서 열팽창하지 않은 풀링 롤의 일부를 도시한다. 도14a를 참조하면, 이동 플랜지(240)의 슬리브(242)는 샤프트(210)의 유리 응축물이 낙하할 우려가 있는 영역(C)의 적어도 일부까지 연장한다. 이동 플랜지(240)의 슬리브(242)는 샤프트(210)의 외주면과 마주하는 내측 표면(252)을 구비하며, 롤 본체(220)로부터 가장 먼 단부인 상기 내측 표면(252)의 단부(256)에는 리세스(258)가 형성된다.

도14b는 고온에서 열팽창한 풀링 롤의 일부를 도시한다. 도14b를 참조하면, 샤프트(210)가 샤프트(210)의 길이 방향으로 열팽창함에 따라, 샤프트(210)는 이동 플랜지(240)에 대하여 상대적으로 화살표(T)로 지시되는 방향으로 이동한다. 그러나, 이동 플랜지(240)의 슬리브(242)가 샤프트(210)의 유리 응축물 낙하 우려가 있는 영역(C)까지 연장해 있기 때문에, 유리 응축액이 슬리브(242) 상에 낙하하여 축적된 유리(G)가 슬리브(242) 상에 형성되며, 축적된 유리가 샤프트(210) 상에 형성되는 것이 방지된다. 또한, 가사 유리 응축물이 (상기 영역(C)를 벗어나서) 샤프트(210) 상에 낙하하여 축적되더라도, 샤프트(210)의 축소 시 축적된 유리는 리세스(258) 내로 진입할 뿐 이동 플랜지(240)에 걸리게 되지 않기 때문에, 이동 플랜지(240) 및 롤 본체(220)는 응력을 받지 않게 된다.

본 개시의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

148: 유리 리본
150: 유리 리본 드로잉 장치
210: 샤프트
220: 롤 본체
230: 고정 플랜지
240: 이동 플랜지
250: 코일 스프링

Claims

유리 리본을 드로잉하기 위한 풀링 롤로서,
내부 직경을 갖는 중앙 통로를 포함하는 롤 본체로서, 상기 중앙 통로가 상기 롤 본체를 길이 방향으로 관통하여 연장되는 롤 본체와,
상기 중앙 통로를 통해 연장되는 샤프트로서, 상기 롤 본체로부터 이격되어 배치됨으로써 상기 샤프트와 상기 롤 본체 사이에 제1갭을 형성하는 샤프트와,
상기 샤프트 상에 배치되고 상기 샤프트의 길이 방향으로 이동 가능한 제1 플랜지로서, 외부 직경을 갖고 상기 샤프트와 활주 가능하게 결합되는 슬리브 및 상기 슬리브로부터 외향으로 연장되는 캡을 포함하는 제1 플랜지와,
상기 제1 플랜지를 상기 샤프트의 길이 방향으로 가압하고, 상기 롤 본체에 상기 캡을 결합하도록 구성되는 스프링을 포함하고,
상기 슬리브는 상기 샤프트와 마주하는 내측 표면 및 상기 내측 표면의 상기 롤 본체로부터 가장 먼 단부에 배치되는 리세스를 더 포함하고, 상기 롤 본체의 상기 내부 직경은 상기 슬리브의 상기 외부 직경보다 더 크고, 그에 의하여 상기 롤 본체와 상기 슬리브 사이에 제 2 갭을 형성하는, 풀링 롤.
제1항에 있어서, 상기 풀링 롤은 전체 길이 풀링 롤인, 풀링 롤.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 롤 본체는 퓨즈드 실리카 재료를 포함하는,
풀링 롤.
제1항에 있어서,
상기 롤 본체 및 상기 캡은 볼록부와 상기 볼록부를 수용하는 오목부를 포함하는, 풀링 롤.
제4항에 있어서, 상기 볼록부 및 상기 오목부는 서로 접촉하는 상보적인 경사면들을 포함하는, 풀링 롤.
제5항에 있어서, 상기 경사면들은 서로 상보적인 홈 및 돌출부를 포함하는, 풀링 롤.
제1항에 있어서, 상기 캡은 상기 샤프트에 대하여 상기 롤 본체를 센터링하도록 구성되는, 풀링 롤.
제1항에 있어서,
상기 스프링은 상기 샤프트의 내부에 설치되는 코일 스프링인, 풀링 롤.
제8항에 있어서,
상기 샤프트 내부에 설치되어 상기 스프링과 결합되는 로드(rod)와,
상기 제1 플랜지를 상기 로드에 결합하는 핀을 더 포함하고,
상기 샤프트는 상기 샤프트의 길이 방향으로 연장하는 적어도 하나의 슬롯을 포함하여, 상기 핀이 상기 슬롯 내에서 상기 샤프트의 길이 방향으로 이동 가능한,
풀링 롤.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 샤프트 상에 고정되는 제2 플랜지를 더 포함하고,
상기 롤 본체는 상기 제2 플랜지와 상기 제1 플랜지 사이에서 배치되는,
풀링 롤.