專利名稱：在玻璃制造過程中使用的牽引輥以及制造該牽引輥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及在玻璃制造エ藝中制造平板玻璃(sheet glass)所使用的牽引棍(pulling rollノ。
背景技術(shù)：
在平板玻璃的制造中，牽引輥被用于向玻璃帶或玻璃網(wǎng)施加豎直的牽引力，各個平板由所述玻璃帶或玻璃網(wǎng)制成。例如在如第3，338，696號和第3，682，609號美國專利中描述的溢流下拉熔融エ藝(overflow down draw fusion process)或類似エ藝中，隨著玻璃被從玻璃液(molten glass)引上(draw),牽引棍向玻璃施加的牽引力的量被用于控制玻璃的標稱厚度。除了主牽引棍，附加的棍有時用在帶引上エ藝(ribbon drawing process)中，以穩(wěn)定帶的運動，或者在玻璃帶上產(chǎn)生水平張力。盡管這些輥總體被稱作牽引輥，但是它們有時可在沒有驅(qū)動電機的情況下運行，使得輥由于與移動的玻璃帶接觸而轉(zhuǎn)動。無論是被驅(qū)動或空轉(zhuǎn)，在引上過程中接觸帶的輥被稱作牽引輥。牽引輥通常被設(shè)計為在其外邊緣處接觸玻璃網(wǎng)，通常恰好在加厚的厚邊(bead)的內(nèi)側(cè)區(qū)域中，加厚的厚邊正好在玻璃帶邊緣處形成。輥功能的ー個重要方面是避免帶的破裂，這會導(dǎo)致エ藝中斷和重新開始。由于牽引輥與玻璃帶的表面直接接觸，因此會因與牽引輥接觸而對玻璃表面有損壞。此外，由于牽引輥與玻璃接觸，散雜的玻璃粒子可能會嵌入牽 引輥的表面，這會導(dǎo)致對玻璃的額外損壞。因此，需要一種替代的牽引輥設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述的實施方案涉及用于從玻璃液中引上玻璃帶的牽引輥，該牽引輥降低了玻璃帶中缺陷和破裂的發(fā)生率。根據(jù)ー個實施方案，一種用于在形成具有減少的缺陷和破裂的玻璃帶中使用的牽引輥可包括一個軸構(gòu)件和一個輥組件。所述輥組件可定位在所述軸構(gòu)件上以隨著所述軸構(gòu)件轉(zhuǎn)動。所述輥組件可包括由云母紙形成的環(huán)形元件的軸向壓縮堆。所述云母紙可包括相對于彼此基本平行取向的多層重疊的云母片。所述輥組件的接觸表面可具有大于或等于約10以及小于或等于約60的肖氏D硬度。在另ー個實施方案中，一種用于在形成具有減少的缺陷的玻璃帶中使用的牽引輥可包括一個軸構(gòu)件和一個輥組件。所述輥組件可定位在所述軸構(gòu)件上以隨著所述軸構(gòu)件轉(zhuǎn)動，所述輥組件可包括由無機材料形成的環(huán)形元件的軸向壓縮堆。所述輥組件的芯部具有的肖氏D硬度可大于所述輥組件的包層部的接觸表面的肖氏D硬度。所述輥組件的所述接觸表面可具有大于或等于約10以及小于或等于約60的肖氏D硬度。在又一個實施方案中，ー種用于在形成具有減少的缺陷的玻璃帶中使用的牽弓I輥可包括一個軸構(gòu)件和一個輥組件。所述輥組件可包括第一多個環(huán)形元件，所述第一多個環(huán)形元件中的各個環(huán)形元件都具有第一外徑。所述輥組件還可包括第二多個環(huán)形元件。所述第二多個環(huán)形元件中的各個環(huán)形元件都可具有第二外徑，所述第二外徑小于所述第一外徑。所述第一多個環(huán)形元件與所述第二多個環(huán)形元件可在所述軸構(gòu)件上間置，以形成所述輥組件。所述第一多個環(huán)形元件和所述第二多個環(huán)形元件可由云母紙形成。所述輥組件的接觸表面可具有大于或等于約10以及小于或等于約60的肖氏D硬度。在隨后的詳細描述中將陳述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢，從所述描述或者通過實踐如本文(包括隨后的詳細說明、權(quán)利要求以及附圖)中描述的本發(fā)明，在某種程度上本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)容易明了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢。
應(yīng)理解，前述總體描述和隨后的詳細描述了本發(fā)明的實施方案，并且意在提供一個概覽或框架，以理解所主張的主題的性質(zhì)和特點。附圖被包括以提供對各種實施方案的進ー步的理解，且附圖被納入且組成本說明書的一部分。附圖示出了本文描述的不同實施方案，并連同說明書用于解釋所主張的主題的原理和操作。


圖IA示意性描繪了根據(jù)本文示出和描述的ー個或多個實施方案的、用于由玻璃液形成玻璃帶的裝置；圖IB示意性描繪了在引上ー個玻璃帶中使用的引上組件的橫截面；圖2示意性描繪了根據(jù)本文示出和描述的ー個或多個實施方案的、用于引上玻璃帶的牽引棍；圖3示意性描繪了根據(jù)本文示出和描述的ー個或多個實施方案的、由云母紙形成的環(huán)形元件；圖4A示意性描繪了通過在軸構(gòu)件上堆疊環(huán)形元件而形成牽引輥的方法；圖4B示意性描繪了通過在軸構(gòu)件上堆疊直徑不同的環(huán)形元件而形成牽引輥的方法;圖4C示意性描繪了處于壓縮態(tài)的圖4B的牽引輥的一部分；圖5圖解描繪了針對以不同的単元間置模式形成的牽引輥，肖氏D硬度(y軸)與包層固相體積分數(shù)(X軸)之間的函數(shù)關(guān)系；圖6圖解描繪了針對具有不同徑向厚度的包層的牽引輥的肖氏D硬度(y軸)；圖7圖解描繪了針對被不同量壓縮的牽引輥，肖氏D硬度(y軸)與包層的固相體積分數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系；圖8圖解描繪了針對被不同壓縮カ壓縮的牽引輥，肖氏D硬度(y軸)與包層的固相體積分數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。
具體實施方式
現(xiàn)將詳細參考在制造平板玻璃中使用的牽引輥以及用于制造和使用牽引輥的方法的各種實施方案。只要適用，整個附圖中相同的參考數(shù)字指的是相同或相似的部件。在圖2中示意性描繪了牽引輥的ー個實施方案。牽引輥總體包括多個由無機材料(例如云母紙)形成的環(huán)形元件，這些環(huán)形元件被堆疊和壓縮以獲得具有范圍在約10肖氏D(Shore D)到約60肖氏D的肖氏D硬度的輥組件。在一些實施方案中，牽引輥的輥組件可包括ー個芯部，該芯部被包層部所圍繞，其中芯部的肖氏D硬度大于輥組件的接觸表面的肖氏D硬度。在此將參考附圖更詳細地描述牽引輥以及用于形成和使用牽引輥的方法。通?？赏ㄟ^融化玻璃配料以形成玻璃液，并將玻璃液制成玻璃帶來形成平板玻璃。示例性エ藝包括浮法玻璃(float glass)エ藝、槽引上(slot draw)エ藝和熔融下拉(fusion downdraw)エ藝。在這些エ藝的姆ー個中，可利用ー個或多個牽引棍來接觸玻璃并在下游方向上傳送玻璃。舉例而言，參考圖1A，示意性描繪了用于由玻璃液制成玻璃帶的示例性玻璃制造裝置100，其中使用熔融引上機來將玻璃液形成玻璃帯。玻璃制造裝置100包括熔化容器 101、精煉容器103、混合容器104、輸送容器108和熔融引上機(FDM) 120。按照箭頭102指示的將玻璃配料引入熔化容器101。配料被熔化以形成玻璃液106。精煉容器103具有高溫處理區(qū)，該高溫處理區(qū)從熔化容器101接收玻璃液106，并且在該高溫處理區(qū)中氣泡從玻璃液106中移除。精煉容器103通過連接管105流體聯(lián)接至混合容器104。即，從精煉容器103流動至混合容器104的玻璃液流經(jīng)連接管105?；旌先萜?04轉(zhuǎn)而通過連接管107流體聯(lián)接至輸送容器108，以使得從混合容器104流至輸送容器108的玻璃液流經(jīng)連接管107。輸送容器108經(jīng)過下導(dǎo)管(downcomer) 109將玻璃液106供應(yīng)至FDM 120中。FDM120包括罩122，其中入口 110、成形容器111和至少ー個引上組件150位于外殼122中。如圖IA中示出的，來自下導(dǎo)管109的玻璃液106流進入口 110，入口 110通向成形容器111。成形容器111包括接收玻璃液106的開ロ 112，玻璃液106流進槽113，隨后溢出并沿兩個會聚側(cè)114a和114b向下跑料，然后在兩側(cè)接合的根部一起熔融，然后在下游方向151上被引上組件150接觸并引上，以形成連續(xù)的玻璃帶148。雖然本文中已描述了結(jié)合利用熔融引上機形成玻璃帶的裝置來使用牽引輥200，但是應(yīng)理解，牽引輥可與類似的エ藝一同使用，在所述類似的エ藝中玻璃配料被熔化以形成玻璃液，隨后玻璃液被形成為玻璃帯。通過實施例，且非限制性地，本文描述的牽引輥還可結(jié)合垂直連續(xù)引上拉制エ藝(up-draw process)、槽引上エ藝(slot-draw process)、浮法引上エ藝(float-draw process)和其他類似エ藝來使用。參考圖1B，示意性描繪了引上組件150的橫截面。如圖IB示出的，引上組件150通常包括一對對置的牽引輥200，牽引輥200在相對側(cè)上接觸玻璃帶148。牽引輥200可被提供動カ(即，牽引輥200主動轉(zhuǎn)動，因此傳遞一個引上力，該引上力在下游方向151上傳送玻璃帶148)，或者牽引輥200是被動的(即，牽引輥200接觸玻璃帶148，井隨著玻璃帶被其他牽引輥在下游方向151上引上時穩(wěn)定玻璃帯)。牽引輥200施加一個引上力，以使得玻璃帶148變薄至預(yù)期的最終厚度。由于牽引棍200與玻璃帶148之間的接觸,施加至牽引棍200的夾緊カ(pinching force)可導(dǎo)致表面損壞。具體而言，陷在牽引輥的接觸表面和玻璃帶的表面之間的玻璃粒子(通常被稱作散雜玻璃)、來自玻璃成形エ藝的冷凝物和/或其他碎片還可導(dǎo)致明顯的表面損壞和/或破裂裂紋(crack out)，這是因為碎片會撞擊玻璃帶的表面。例如，由于牽引輥與玻璃接觸，散雜玻璃和/或碎片可能會嵌入牽引輥的表面，這導(dǎo)致對玻璃帶的損壞。具體地，當牽引輥使散雜玻璃撞擊玻璃帶表面吋，碎片導(dǎo)致夾緊カ的局部應(yīng)カ集中，以及非常高的點負荷應(yīng)力，這可導(dǎo)致玻璃斷裂和破損。較高的夾緊カ降低了玻璃帶的破損閾值強度，還產(chǎn)生了較大的內(nèi)部玻璃應(yīng)力，內(nèi)部玻璃應(yīng)カ可通過使玻璃破裂(也被稱作破裂裂紋)増大玻璃帶破損的傾向，這轉(zhuǎn)而會由于玻璃帶重新穿過裝置而導(dǎo)致エ藝停エ。玻璃帶對由夾緊カ所導(dǎo)致的破損的敏感度取決于玻璃帶的厚度，其中由于較大的夾緊力，較薄的玻璃帶更易受到損壞和/或破損的影響。本文描述的牽引輥的實施方案能夠包住碎片和其他顆粒物質(zhì)，由此減輕破裂裂紋和被牽弓I輥弓I上的玻璃帶中的缺陷的形成?，F(xiàn)參考圖2，該圖示意性描繪了在引上具有減少缺陷的玻璃帶中使用的一個示例性牽引輥200。牽引輥200通常包括定位在軸構(gòu)件204上的輥組件202。輥組件202由分立的環(huán)形元件220的壓縮堆構(gòu)成。在本文描述的實施方案中，每個環(huán)形元件220由無機材 料(例如單層云母紙)制成，或者由另ー種適于在高溫下使用的無機材料(即陶瓷材料、金屬合金等)制成。環(huán)形元件220軸向地堆疊在軸構(gòu)件204上，并被壓縮以形成輥組件202。輥組件202中的環(huán)形元件220的數(shù)量可根據(jù)輥組件202的預(yù)期尺寸、環(huán)形元件220的厚度以及輥組件202的接觸表面的預(yù)期的機械屬性(即硬度)而變化。在一個示例性實施方案中，輥組件可由云母紙形成?？尚纬森h(huán)形元件220的云母紙通常包括多層重疊的云母片，這些云母片彼此基本平行地取向，并通過范德華力、靜電力、燒結(jié)和/或其他方式而接合在一起。云母片的這種配置為最終的云母紙?zhí)峁┝俗畲蟮姆€(wěn)定性。在至少ー個實施方案中，在沒有額外的粘合劑或任何其他嵌有云母片的材料基質(zhì)的情況下形成云母紙。云母紙中的云母片通常具有高的縱橫比(即平均直徑與平均厚度的比)，并是高度分層的。例如，在一些實施方案中，包含在云母紙中的云母片可具有大于約50或者甚至大于約60的縱橫比。在其他實施方案中，云母片可具有大于約75或者甚至大于約80的縱橫比。例如，在一些實施方案中，云母片的縱橫比可在約50到約150的范圍內(nèi)。雖然不希望被理論所束縛，但是通常相信，以彼此平行地取向的高縱橫比的云母片提高了輥組件202的機械強度、幾何穩(wěn)定性和耐磨性。具體地，相信云母片之間的界面摩擦増大了在使用時所述片對脫離(pull-out)的抵抗能力，因此提高了輥組件的耐磨性，并降低了在使用牽引輥引上玻璃帶時缺陷的發(fā)生率。在本文描述的ー些實施方案中，云母紙可由金云母云母片形成，以增大云母紙穩(wěn)定的溫度范圍。例如，云母紙可以是以下企業(yè)市售的金云母云母紙或白云母云母紙Chhaperia Mica Products, India;Cogebi Group, Belgium;Corona Films, USA;Glory MicaCo. Ltd.，China;或者Ruby Mica Co. Ltd.，India。在一些實施方案中，該云母紙可不包括粘合劑材料。然而應(yīng)理解，可使用其他類型的云母紙，包括由其他類型的云母片形成的云母紙和/或包括粘合劑的云母紙。例如，其他合適類型的云母紙可包括但不限于由氟金云母(比金云母更加熱穩(wěn)定)形成的云母紙或由白云母形成的云母紙。再參考圖2，可使用不同厚度的云母紙來形成環(huán)形元件220。例如，在一些實施方案中，環(huán)形元件可具有大于約100 u m的未壓縮厚度。在壓縮后，環(huán)形元件220可具有小于或等于約100 u m的壓縮厚度。然而應(yīng)理解，也可使用具有更大和更小的壓縮厚度的云母紙。
具有如上文所指出的壓縮厚度的環(huán)形元件220有助于形成具有預(yù)期機械屬性的輥組件202，井能夠承受和/或減輕由在玻璃引上エ藝中遇到的碎片(即玻璃粒子等)所導(dǎo)致的對接觸表面的損壞。具體而言，由相對薄的環(huán)形元件220(即具有小于或等于約200 u m的壓縮厚度的環(huán)形元件)形成的輥組件202允許位于接觸表面208上的碎片或其他顆粒物質(zhì)被包在相鄰的環(huán)形元件220之間和/或單個環(huán)形元件內(nèi)的各片之間，以使得當輥組件202接觸玻璃帶時，碎片在玻璃帶的表面上產(chǎn)生的傷痕最少，或者沒有損壞玻璃帶的表面。雖然在一些實施方案中在此已經(jīng)描述用于環(huán)形元件220的云母紙是在沒有粘合劑材料的情況下形成的，但是應(yīng)理解，在替代實施方案中，云母紙可包含粘合劑材料，以改進環(huán)形元件220的機械穩(wěn)定性。例如，在一些實施方案中，云母紙可摻雜有填充材料，該填充材料可進ー步將云母片粘合在一起。填充材料可以是有機的、半有機的或無機的。當填充材料是有機時，可通過熱解エ藝或化學(xué)エ藝(即溶解)將填充材料從云母紙移除。在ー些實施方案中，填充材料可以是例如硅樹脂或其他可改進云母紙的機械穩(wěn)定性且不會明顯降低云母紙的柔性的聚合樹脂。一般來說，填充材料既增大了云母紙的密度又増大了云母紙的硬度。 參考圖3，在ー個具體實施方案中，環(huán)形元件220摻雜有填充材料，以使得環(huán)形元件在徑向方向上的密度減小。例如，在一個實施方案中，環(huán)形元件在靠近環(huán)形元件220的外徑221處的密度可小于直接與中央環(huán)222相鄰的環(huán)形元件220的密度。因此，應(yīng)理解，環(huán)形元件的密度在箭頭224所指示的徑向向內(nèi)的方向上増大。由這種環(huán)形元件構(gòu)造的牽引輥通常將在牽引輥的接觸表面處具有低的密度，并且所述密度朝著軸構(gòu)件徑向向內(nèi)増大。牽引輥中心處增大的密度防止牽引輥在牽引輥的軸上滑動或轉(zhuǎn)動，同時接觸表面處的減小的密度為牽引輥組件提供了相對軟的接觸表面(即具有比輥的中心的肖氏D硬度小的肖氏D硬度的接觸表面)。雖然在一個示例性實施方案中環(huán)形元件220被描述為由云母紙形成，但是應(yīng)理解，在其他實施方案中，環(huán)形元件220可由其他無機材料形成，包括但不限于陶瓷材料、元
素金屬、金屬合金等?，F(xiàn)參考圖3，無機材料(例如上文描述的云母紙)首先被形成為多個環(huán)形元件220(在圖3中示出ー個)，以在形成牽引輥的輥組件中使用。在一個實施方案中，環(huán)形元件220可被摻雜有填充材料，以增強環(huán)形元件的機械強度，如上文描述的。在本文示出的實施方案中，每個環(huán)形元件220都被形成為具有中央環(huán)222，以有助于將環(huán)形元件220定位在牽引輥200的軸構(gòu)件204上。雖然圖3中描繪的環(huán)222為圓形，但是應(yīng)理解，所述環(huán)可具有其他幾何形狀。例如，在環(huán)形元件220被安裝在橫截面為六邊形的軸構(gòu)件上的實施方案中，環(huán)222也可以是六邊形的，以防止環(huán)形元件220在軸上轉(zhuǎn)動。可選地，環(huán)形元件220還可以被形成具有鍵槽225，如圖3描繪的。在這些實施方案中，鍵槽與在軸構(gòu)件上形成的對應(yīng)的鍵接合，以防止環(huán)形元件220在軸構(gòu)件上轉(zhuǎn)動。在一個實施方案中，環(huán)222和可選的鍵槽225可通過穿孔操作來形成。在將環(huán)形元件裝配在軸構(gòu)件之前，環(huán)形元件可被預(yù)燒制(pre-fired)，以煅燒環(huán)形元件220，從而在隨后的使用中在較高的溫度下預(yù)先硬化環(huán)形元件。在一個實施方案中，根據(jù)適合于煅燒的加熱安排，可通過堆疊環(huán)形元件并加熱它們來預(yù)燒制環(huán)形元件220。例如，可以2°C /分鐘的升溫速度將環(huán)形元件加熱至約700°C的最大溫度，并保持在該最大溫度下約6小吋。在另ー個實施方案中，環(huán)形元件可在裝配和壓縮環(huán)形元件后被煅燒。在本文描述的實施方案中，環(huán)形元件在軸構(gòu)件上被堆疊并被軸向壓縮，以使得牽引輥允許粒子(例如散雜的玻璃粒子或其他碎片)滲進輥的接觸表面，從而使得由粒子導(dǎo)致的傷痕最少和/或粒子不會接觸被牽引輥所引上的玻璃帶的表面，因此降低了重復(fù)缺陷和/或破裂的發(fā)生率。使用常規(guī)的硬度度量，例如肖氏硬度計度量，可定性地獲取牽引輥的接觸表面的阻力(或順從性)。通常采用肖氏D標度，具體地，根據(jù)ASTM D2240來測量牽引輥的硬度。在肖氏D硬度測量中使用的硬度計壓頭是圓錐形，如此接觸表面208的肖氏D硬度測量通常指示輥組件將粒子包在相鄰的環(huán)形元件220之間或在單個環(huán)形元件內(nèi)的能力。肖氏D數(shù)越小,對于粒子來說越容易滲進棍的接觸表面。較小的肖氏D數(shù)還指示棍組件能夠包住較大的粒子。在本文描述的牽引輥200的實施方案中，輥組件202的接觸表面208具有大于或等于約10的肖氏D硬度，或者大于或等于約15，或者小于或等于約60，如根據(jù)ASTM D2240 測量的。在這些實施方案中的一些實施方案中，輥組件202的接觸表面208具有大于或等于約10并且小于或等于約50，或者甚至小于或等于約40的肖氏D硬度，如根據(jù)ASTM D2240測量的。在其他實施方案中，肖氏D硬度大于或等于約10并且小于或等于約30，如根據(jù)ASTMD2240測量的?，F(xiàn)參考圖4A，在一些實施方案中，牽引輥由多個環(huán)形元件220形成，每個環(huán)形元件的直徑近似相等。例如，環(huán)形元件可由云母紙制成，如上文描述的，或者由其他合適的無機材料制成。在至少ー個實施方案中，環(huán)形元件由摻雜有填充材料的云母紙形成，以使得每個環(huán)形元件的密度在徑向方向上分級，如上文描述的。在該實施方案中，第一扣環(huán)(retainingring) 206a定位在軸構(gòu)件204上,并相對于形成于軸構(gòu)件204中的肩部203被固定。第一扣環(huán)206a有助于以連續(xù)的步驟均勻地壓縮軸構(gòu)件204上的環(huán)形元件220。然而，應(yīng)理解，可在不使用扣環(huán)的情況下形成牽引輥200。在第一扣環(huán)206a定位在軸構(gòu)件204上后，通過在軸構(gòu)件204上定位多個環(huán)形元件220a形成輥組件202，以使得環(huán)形元件軸向地堆疊在軸構(gòu)件204上，每個環(huán)形元件的ー個面與相鄰的環(huán)形元件的面和/或第一扣環(huán)206a的面接觸。當環(huán)形元件220以未壓縮態(tài)定位在軸構(gòu)件204上(即環(huán)形元件220被定位在軸構(gòu)件204上，以使得環(huán)形元件220彼此接觸但是沒有壓縮カ被施加至環(huán)形元件)吋，環(huán)形元件可相對于彼此在軸構(gòu)件204上滑動，使得輥組件不能被有效地成形以實現(xiàn)預(yù)期的表面輪廓。此外，未壓縮的輥組件202通常不適于在玻璃制造過程中使用。因此，輥組件202必須被壓縮，以有助于輥組件202的成形和輥組件202在玻璃制造過程中的使用。通過在箭頭240指示的方向上向輥組件202施加夾持壓力，輥組件202被壓縮。例如，通過轉(zhuǎn)動軸構(gòu)件204上的螺母230以在箭頭240指示的方向上使螺母230和第二扣環(huán)206b前進，夾持壓カ可被施加至輥組件202，由此軸向地壓縮螺母230和肩部203之間的環(huán)形元件220，并增大輥組件202的硬度。在一些實施方案中，當環(huán)形元件摻雜有填充材料以使得環(huán)形元件的密度在軸向方向上從環(huán)形元件的中心開始減小時，輥組件202的硬度在徑向向外的方向上從牽引輥的中心開始減小，產(chǎn)生了與軸直接相鄰的、具有第一硬度的內(nèi)芯部，以及圍繞芯部的、具有小于芯部硬度的第二硬度的外部包層部。然而，在并非通過填充材料形成的環(huán)形元件的實施方案中，或者在通過均勻分布在整個環(huán)形元件中的填充材料形成的環(huán)形元件的實施方案中，在整個輥組件中，輥組件的硬度均勻?？偟膩碚f，輥組件202初始地被壓縮第一量，以使得輥組件的接觸表面具有第一肖氏D硬度，這有助于在輥組件202的接觸表面中形成預(yù)期的表面輪廓?，F(xiàn)參考圖4B-4C，在一個替代實施方案中，通過使用不同尺寸的環(huán)形元件來形成輥組件202，可實現(xiàn)牽引輥200的接觸表面的預(yù)期的肖氏D硬度。在該實施方案中，各自具有第一直徑的第一多個環(huán)形元件220a和各自具有小于第一直徑的第二直徑的至少ー個第二多個環(huán)形元件220b被用于構(gòu)造輥組件。在該實施方案中，第二多個環(huán)形元件220b可由與第一多個環(huán)形元件220a相同的材料制成，或者替代地，可由不同于第一多個環(huán)形元件220a的材料制成。例如，在第一多個環(huán)形元件220a由云母紙制成的實施方案中，如上文描述的，第二多個環(huán)形元件220b也可由云母紙制成?；蛘撸诙鄠€環(huán)形元件220b可由與不同于云母紙的材料制成，例如麻絲板、陶瓷材料、金屬、聚合物等。為了構(gòu)造該實施方案的牽弓I輥200，第一扣環(huán)206a定位在軸構(gòu)件204上，并相對于在軸構(gòu)件204中形成的肩部203被固定。第一扣環(huán)206a有助于以連續(xù)的步驟均勻地壓縮 軸構(gòu)件204上的環(huán)形元件220。然而，應(yīng)理解，可在不使用扣環(huán)的情況下形成牽引輥200。在一個實施方案中，在第一扣環(huán)206a定位在軸構(gòu)件204上之后，第一多個環(huán)形元件220a和至少ー個第二多個環(huán)形元件220b以交替的方式定位在軸構(gòu)件204上，以使得具有第二直徑的環(huán)形元件220b在具有第一直徑的環(huán)形元件220a之間間置(intersperse)，如圖4B描繪的。環(huán)形元件軸向堆疊在軸構(gòu)件204上，以使得每個環(huán)形元件的ー個面與相鄰的環(huán)形元件的面和/或第一扣環(huán)206a的面接觸。在軸構(gòu)件204上擱置不同直徑的環(huán)形元件形成了一個輥組件202，該輥組件具有芯部232和圍繞芯部232的包層部234。芯部232的直徑與第二多個環(huán)形元件220b的直徑大致相等，包層部234的直徑與第一多個環(huán)形元件220a的直徑大致相等。在軸上壓縮環(huán)形元件之后(如本文進ー步描述的)，輥組件202的芯部232具有的固相體積分數(shù)fVc;1大于包層部234的固相體積分數(shù)fv。。因此，可證明輥組件202的包層部234的肖氏D硬度大于芯部232的肖氏D硬度。此外，使用具有不同直徑的環(huán)形元件改進了輥組件的芯部232中的相鄰環(huán)形元件之間的牽曳，從而使得環(huán)形元件相對于彼此不滑動，同時包層部234保持柔軟，并在環(huán)形元件被壓縮后更順從。在圖4B描繪的牽引輥200的實施方案中，第一多個環(huán)形元件220a和至少ー個第ニ多個環(huán)形元件220b被以交替模式布置(即B-L，B-L…B-L，其中“B”是第一多個環(huán)形元件220a中的ー個，“L”是第二多個環(huán)形元件220b中的ー個，B-L是ー個単元間置模式，該模式在軸構(gòu)件204的整個長度上重復(fù))。然而，應(yīng)理解，可使用其他堆疊順序來形成與交替的単元間置模式不同的単元間置模式。舉例而言，可使用B-L-L的単元間置模式。然而，應(yīng)理解，可使用不同的単元間置模式。不同的單元間置模式導(dǎo)致輥組件具有不同硬度的接觸表面。例如，具有B-L単元間置模式的堆疊順序產(chǎn)生的輥組件202所具有的肖氏D值比具有B-L-L単元間置模式的堆疊順序產(chǎn)生的輥組件所具有的肖氏D值大。這是因為B-L-L単元間置模式形成了這樣ー個輥組件202，其中包層部234比B-L間置模式的包層部的密度低。具體地，牽引輥的芯部和包層部的固相體積分數(shù)描述了芯部或包層部被固相材料占據(jù)的體積分數(shù)。在牽引輥由云母紙環(huán)形元件形成的情況下，固相體積分數(shù)描述了芯部或包層部被云母晶體占據(jù)的體積分數(shù)。
在本文描述的實施方案中，芯部的固相體積分數(shù)fv。被定義為
/ ^care )^ — Pcrma!
_ Parm! 置J . C — 4 . —,
^ctire core Paystai ’core其中，mcore. Acore和分別是形成環(huán)形元件的芯部的環(huán)形元件的質(zhì)量、面積和厚度；P areal是環(huán)形元件的面密度，其等于fi P crystal是形成環(huán)形元件的材料的密度。在云
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母紙的情形中，P erystal是2. 9g/cc。當?shù)谝欢鄠€環(huán)形元件與第二多個環(huán)形元件是由相同材料形成并具有相同的面密度時，包層部的固相體積分數(shù)fVc;1與芯部的固相體積分數(shù)fv。的關(guān)系如下式Ai=(^
% + "/其中，nb是第一多個環(huán)形元件中環(huán)形元件的數(shù)量(即直徑相對大的環(huán)形元件的數(shù)量)Jn1是第二多個環(huán)形元件中環(huán)形元件的數(shù)量(即直徑相對小的環(huán)形元件的數(shù)量)。當B-L単元間置模式被用于制造輥組件202時，包層部234的包層固相體積分數(shù)fvcl是芯固相體積分數(shù)fv。的0. 5倍。然而，當B-L-L単元間置模式被用于制造輥組件202時，包層部234的固相體積分數(shù)fvel是芯固相體積分數(shù)fv。的0. 33倍。這指出對于施加至輥組件的固定量的壓縮，通過B-L単元間置模式所形成的輥組件的包層部的固相體積分數(shù)大于通過B-L-L単元間置模式所形成的輥組件的包層部的固相體積分數(shù)。包層部的相對低的固相體積分數(shù)導(dǎo)致包層部的相對低的肖氏D值。因此，應(yīng)理解，通過增加或減少第一多個環(huán)形元件和第二多個環(huán)形元件中的每ー個的環(huán)形元件數(shù)量以及環(huán)形元件的単元間置模式，可調(diào)節(jié)牽引輥的包層部的硬度。在本文描述的實施方案中，芯固相體積分數(shù)fv。通常大于0. 6,而包層固相體積分數(shù)fVc;1通常小于或等于0.6。此外，通過增大或減小第一多個環(huán)形元件220a和至少ー個第二多個環(huán)形元件220b的直徑差，可以改變牽引輥的接觸表面的肖氏D硬度。例如，與第一多個環(huán)形元件220a的直徑僅比第二多個環(huán)形元件220b的直徑大10%(即輥組件202的包層部234的直徑比輥組件202的芯部232的直徑大10%)時相比，當?shù)谝欢鄠€環(huán)形元件220a的直徑比第二多個環(huán)形元件220b的直徑大50% (即輥組件202的包層部234的直徑比輥組件202的芯部232的直徑大50%)吋，牽引輥的接觸表面會更軟。因此，通過控制第一多個環(huán)形元件220a和至少ー個第二多個環(huán)形元件220b的相對直徑，可調(diào)節(jié)輥組件202的接觸表面的肖氏D值。此外，牽引輥的接觸表面的肖氏D硬度還可受環(huán)形元件的其他特征的影響，包括但不限于環(huán)形元件的厚度、使用不同直徑的環(huán)形元件形成輥組件的芯部。例如，相對于由較厚的環(huán)形元件形成第一多個環(huán)形元件220a的牽引輥，當較薄的環(huán)形元件用于第一多個環(huán)形元件220a吋，牽引輥的接觸表面的肖氏D硬度可能較小。當環(huán)形元件220a、220b以未壓縮態(tài)定位在軸構(gòu)件204上時(即環(huán)形元件220a、220b被定位在軸構(gòu)件204上以使得環(huán)形元件彼此接觸但是沒有壓縮カ施加至環(huán)形元件)，環(huán)形元件可相對于彼此在軸構(gòu)件204上滑動，從而使得輥組件不能夠被有效地成形以實現(xiàn)預(yù)期的表面輪廓。此外，未壓縮的輥組件202通常不適于在玻璃制造エ藝中使用。因此，輥組件202必須被壓縮，以有助于輥組件202的成形和輥組件202在玻璃制造エ藝中的使用。
現(xiàn)在仍參考圖4B，通過在箭頭240指示的方向上向輥組件202施加夾持壓力，輥組件202被壓縮。例如，通過轉(zhuǎn)動軸構(gòu)件204上的螺母230以在箭頭240指示的方向上使螺母230和第二扣環(huán)206b前進，夾持壓力可被施加至輥組件202，由此軸向地壓縮螺母230和肩部203之間的環(huán)形元件220a、220b。隨著環(huán)形元件220a、220b被壓縮，具有較大直徑的環(huán)形元件220a包住環(huán)形元件220b，如圖4C中示出的輥組件的局部橫截面圖中示意性描繪的。在該實施方案中，由于輥組件202的包層部234中的相鄰環(huán)形元件220a之間提供的額外間隔，輥組件202的固相體積分數(shù)從牽引輥的芯部的外徑開始在徑向向外方向上減小，如箭頭227示出的。一般來說，施加至輥組件202的壓縮量足以防止在輥接觸表面的機械加工期間以及使用輥引上玻璃帶期間環(huán)形元件在軸構(gòu)件204上旋轉(zhuǎn)。雖然在沒有環(huán)形元件在軸構(gòu)件上滑動的情況下輥的室溫壓縮對于機械加工輥的接觸表面是重要的，但是在高操作溫度下輥的壓縮也是重要的。如此，在沒有環(huán)形元件在軸構(gòu)件上旋轉(zhuǎn)的情況下，使用的軸材料和輥材料的熱膨脹對于限定低溫壓縮以確保在操作溫度下的足夠壓縮是很重要的考慮。圖5圖解描繪了對于使用不同単元間置模式的由云母盤制成的牽引輥，對于大約相同的芯固相體積分數(shù)，接觸表面的肖氏D硬度(y軸)與包層固相體積分數(shù)(X軸)之間的 函數(shù)關(guān)系。如圖5中展示的，由于包層固相體積分數(shù)fVd中的差別，肖氏D硬度隨著單元間置模式而變化。具體地，圖5展示了通過改變環(huán)形元件的単元間置模式，可獲得表面硬度從10肖氏D上至60肖氏D的牽引輥。因此，使用不同直徑的環(huán)形元件使得能夠形成具有預(yù)先未知的寬泛范圍的肖氏D硬度值的牽引輥，此外，使得能夠形成具有低至10的肖氏D硬度值的、機械穩(wěn)定的(即，環(huán)形元件在軸構(gòu)件上相對于彼此不滑動、不轉(zhuǎn)動)的牽引輥。參考圖4A和4B，一旦輥組件202被適當壓縮，輥組件202在車床上被轉(zhuǎn)動，以加工出輥組件202的輪廓。具體地，輥組件202的接觸表面208可形成為具有不同輪廓，以有助于接觸和引上玻璃帯。例如，在圖2示出的牽引輥200的實施方案中，輥組件202形成為具有突出的環(huán)形部，下文被稱作牽引平坦部210。雖然描繪了輥組件202具有單個牽引平坦部210，但是應(yīng)理解，輥組件202可包括ー個以上的牽引平坦部?；蛘撸伣M件202可形成為不具有任何牽引平坦部，例如當輥組件202是圓柱形吋。此外，還應(yīng)理解，牽引輥200的接觸表面208不限于本文示出和/或描述的輪廓，接觸表面208可具有其他輪廓?？墒褂酶鞣N不同的技術(shù)給予輥組件202預(yù)期的表面輪廓。例如，可采用單點工具或使用研磨機使輥組件202成形。對于具有較低硬度值的輥組件，使用研磨機為輥組件形成預(yù)期的表面輪廓比單點工具更合適。在一些實施方案中，施加至輥組件202以有助于輥組件202形成輪廓的第一量的壓縮通常將輥組件硬化至ー個水平，該水平使得輥組件202不適合在引上玻璃帶時使用。因此，在一些實施方案中，輥組件202必須被解壓縮，然后輥組件202可用于引上玻璃帶。通過釋放施加至輥組件的環(huán)形元件220的ー些夾持壓力，輥組件202被解壓縮。例如，在本文描述的牽引輥的實施方案中，可將螺母230松動ー預(yù)定量，這允許環(huán)形元件220稍微膨脹，由此減小輥組件的硬度。在解壓縮后，輥組件202具有第二肖氏D硬度，第二肖氏D硬度小于輥組件202在形成輪廓后的第一肖氏D硬度。相對于由常規(guī)材料(例如麻絲板等)制成的牽引輥，本文描述的牽引輥還展示了改進的耐磨性。具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在類似的條件下操作，由云母紙形成的牽引輥不會像由麻絲板材料形成的牽引輥退化得那樣快。因此，本文描述的牽引輥具有比常規(guī)牽引輥更長的使用壽命，因此降低了玻璃制造成本。實施例為了進一步闡釋本公開內(nèi)容的原理，描述了下列實施例。這些實施例g在純粹地示例本公開內(nèi)容，不g在限制所附權(quán)利要求的范圍。已經(jīng)努力確保數(shù)字的準確性(例如量、溫度等)，然而可能發(fā)生誤差和偏差。實施例I四個牽引輥(樣本A-D)由直徑為I. 5英寸(3. 81厘米)和2. 2英寸(5. 588厘米)的云母紙環(huán)形元件構(gòu)造。云母紙環(huán)形元件中的云母具有約2. 9g/cc的晶體密度。以2°C/分鐘的升溫速度將云母紙環(huán)形元件預(yù)燒制到約700°C的最大溫度，并保持在該最大溫度約6小吋。在預(yù)燒制步驟之后，環(huán)形元件具有約I. 058g/in2的面密度。環(huán)形元件被裝配在具有約0. 75英寸(約I. 905厘米)直徑的軸構(gòu)件上，并被壓縮至表A示出的芯固相體積分數(shù)。每個牽引輥使用不同的単元間置模式。除了芯固相體積分數(shù)，表A也列出了每個牽引輥的単元間置模式，以及所計算的包層固相體積分數(shù)和所測量的牽引輥的接觸表面的肖氏D硬度。圖5圖解描繪了肖氏D硬度和包層固相體積分數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。圖5顯示了牽引輥的接觸表面的肖氏D硬度隨著包層固相體積分數(shù)fvd而增加。表A
權(quán)利要求
1.ー種牽引輥，包括 一個軸構(gòu)件； 一個棍組件，該棍組件定位在所述軸構(gòu)件上以隨著所述軸構(gòu)件轉(zhuǎn)動，所述棍組件包括由云母紙形成的環(huán)形元件的軸向壓縮堆，所述云母紙包括相對于彼此基本平行取向的多層重疊的云母片，其中 所述輥組件的接觸表面具有大于或等于約10以及小于或等于約60的肖氏D硬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述牽引輥，其中所述輥組件的所述接觸表面的肖氏D硬度小于或等于約30。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述牽引輥，其中所述環(huán)形元件摻雜有填充材料，以使得所述輥組件的密度從所述輥組件的所述接觸表面徑向地向內(nèi)増加。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述牽引輥，其中所述環(huán)形元件被預(yù)燒制。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述牽引輥，其中以2°C/分鐘的升溫速度將所述環(huán)形元件加熱至約700°C的最大溫度來預(yù)燒制所述環(huán)形元件，并保持在該最大溫度下約6小吋。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述牽引輥，其中所述環(huán)形元件的軸向壓縮堆包括 第一多個環(huán)形元件，所述第一多個環(huán)形元件中的各個環(huán)形元件都具有第一外徑，其中所述第一多個環(huán)形元件由云母紙形成；以及 第二多個環(huán)形元件，所述第二多個環(huán)形元件中的各個環(huán)形元件都具有第二外徑，所述第二外徑小于所述第一外徑，其中所述第一多個環(huán)形元件與所述第二多個環(huán)形元件在所述軸構(gòu)件上間置，以形成所述輥組件，使得所述輥組件具有被包層部圍繞的芯部，所述包層部形成所述輥組件的所述接觸表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述牽引輥，其中所述第二多個環(huán)形元件由不同于云母紙的材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述牽引輥，其中所述輥組件的芯部具有的肖氏D硬度大于所述輥組件的所述接觸表面的肖氏D硬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述牽引輥，其中所述第一多個環(huán)形元件的各個環(huán)形元件和所述第ニ多個環(huán)形元件的各個環(huán)形元件交替布置在所述軸構(gòu)件上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述牽引輥，其中所述第一多個環(huán)形元件的各個環(huán)形元件和所述第二多個環(huán)形元件的各個環(huán)形元件以單元間置模式布置在所述軸構(gòu)件上，該單元間置模式在所述軸構(gòu)件的長度上連續(xù)地重復(fù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述牽引輥，其中所述輥組件的包層部具有小于或等于0.60的包層固相體積分數(shù)fVc;1。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述牽引輥，其中所述輥組件的芯部具有大于或等于0.60的芯固相體積分數(shù)fv。。
13.ー種牽引輥，包括 一個軸構(gòu)件； 一個棍組件，該棍組件定位在所述軸構(gòu)件上以隨著所述軸構(gòu)件轉(zhuǎn)動，所述棍組件包括由無機材料形成的環(huán)形元件的軸向壓縮堆，其中 所述輥組件的芯部具有的肖氏D硬度大于所述輥組件的包層部的接觸表面的肖氏D硬度；以及所述輥組件的所述接觸表面具有大于或等于約10以及小于或等于約60的肖氏D硬度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述牽引輥，其中所述輥組件的接觸表面的肖氏D硬度小于或等于約30。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述牽引輥，其中所述環(huán)形元件的軸向壓縮堆包括 第一多個環(huán)形元件，所述第一多個環(huán)形元件中的各個環(huán)形元件都具有第一外徑； 第二多個環(huán)形元件，所述第二多個環(huán)形元件中的各個環(huán)形元件都具有第二外徑，所述第二外徑小于所述第一外徑，其中所述第一多個環(huán)形元件與所述第二多個環(huán)形元件在所述軸構(gòu)件上間置，以形成所述輥組件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述牽引輥，其中所述第二多個環(huán)形元件由不同于所述第一多個環(huán)形元件的材料的材料制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述牽引輥，其中所述第一多個環(huán)形元件的各個環(huán)形元件和所述第二多個環(huán)形元件的各個環(huán)形元件交替布置在所述軸構(gòu)件上。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述牽引輥，其中所述第一多個環(huán)形元件的各個環(huán)形元件和所述第二多個環(huán)形元件的各個環(huán)形元件以單元間置模式布置在所述軸構(gòu)件上，該單元間置模式在所述軸構(gòu)件的長度上連續(xù)地重復(fù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述牽引輥，其中所述環(huán)形元件由云母紙形成，所述云母紙包括相對于彼此基本平行取向的多層重疊的云母片。
20.—種牽引輥，包括 一個軸構(gòu)件； 一個棍組件，該棍組件定位在所述軸構(gòu)件上以隨著所述軸構(gòu)件轉(zhuǎn)動，所述棍組件包括 第一多個環(huán)形元件，所述第一多個環(huán)形元件中的各個環(huán)形元件都具有第一外徑； 第二多個環(huán)形元件，所述第二多個環(huán)形元件中的各個環(huán)形元件都具有第二外徑，所述第二外徑小于所述第一外徑，其中所述第一多個環(huán)形元件與所述第二多個環(huán)形元件在所述軸構(gòu)件上間置，以形成所述輥組件，其中 所述第一多個環(huán)形元件和所述第二多個環(huán)形元件由云母紙形成；以及 所述輥組件的接觸表面具有大于或等于約10以及小于或等于約60的肖氏D硬度。
全文摘要
公開了一種在形成具有減少缺陷和破裂的玻璃帶中使用的牽引輥。在一個實施方案中，牽引輥可包括一個軸構(gòu)件和一個輥組件。所述輥組件可定位在所述軸構(gòu)件上以隨著所述軸構(gòu)件轉(zhuǎn)動。所述輥組件可包括由無機材料(例如云母紙)形成的環(huán)形元件的軸向壓縮堆。所述云母紙可包括相對于彼此基本平行取向的多層重疊的云母片。所述輥組件的接觸表面可具有大于或等于約10以及小于或等于約60的肖氏D硬度。
文檔編號C03B17/06GK102826735SQ20121016474
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者G·B·庫克, M·T·加拉格爾, R·A·朗根西朋, 小J·F·懷特, L·K·科林史密斯, P·O·約翰遜 申請人:康寧股份有限公司