专利名称：用于tft玻璃的无粉尘辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过下拉熔融玻璃的工艺生产玻璃板的辊子，特别是涉及一种用于生产有源矩阵显示器的薄膜晶体管所用玻璃的拉坯辊(pulling roll)。
背景技术：
生产玻璃板通常需要采用耐火材料包覆的辊子。过去，耐火覆盖物通常包括石棉纤维，例如，在Kobbe的US1594417、Mattison的US1678345以及Moore的US3334010中都披露了上述内容。众所周知，石棉会危害健康，因此耐火覆盖物中不再含有石棉。故采用其他天然纤维矿石来代替石棉，其它纤维矿石如硅酸钙岩矿以及陶瓷或玻璃的合成纤维。还可以采用以粘土为基体的合成物。这种含有粘土的合成物有时也被称作麻丝板(millboard)。例如，Britt的US4487631中公开了一种含有麻丝板，特别是含有玻璃纤维和粘土的耐火覆盖物。Hart的US5378219中公开了一种可用作辊覆盖物的压缩陶瓷纤维。优选使压缩纤维辊覆盖物浸透在胶质硬化剂中，并对其进行干燥以生产出机械性能稳定的辊覆盖物。每种类型的辊覆盖物通常都包括堆叠在金属心轴上的多个节段。
在使用过程中不含石棉的耐火材料辊能够“产生粉尘”。“产生的粉尘”包括使用中从辊子上脱落下来的微粒或纤维，特别是这些微粒和纤维很容易通过对流被进行传送。当玻璃板经过辊子时，某些类型的粉尘会粘到玻璃板上。因此粉尘会导致在玻璃上产生微疵。用在薄膜晶体管(TFT)领域的玻璃必须几乎没有这种缺陷，所以产生粉尘在生产TFT玻璃板中成为了一个问题。TFT可用于有源矩阵显示屏中，在用于这种TFT的玻璃中，即使是微小的瑕疵也能够破坏设置在玻璃上的电子栅格。
在生产玻璃的工艺中最常见类型的辊子为拉坯辊，它能够从成形坯中拉出非常薄的板，如TFT玻璃。以串联式的方式操作拉坯辊，玻璃板能够在相邻的拉坯辊之间移动。拉坯辊通常包括一在金属轴上的具有成型的耐火覆盖物。这一轮廓包括“牵引平面”，实际上它通常只是与玻璃板实际接触的辊覆盖物的一部分。牵引平面沿其外缘与玻璃板接触，并向下拉动玻璃板。限制与玻璃板的接触能够减少对玻璃板造成的损害，而且还减少了从辊子上产生的磨损残屑。
以麻丝板为基体的拉坯辊和以压缩纤维为基体的拉坯辊都有产生粉尘的问题，这会影响玻璃板的品质。粉尘中有可能包括纤维材料或者是不包括纤维材料。Britt的4487631中，认为只有未被纤维化的材料才能够导致玻璃板产生缺陷。具体请参见第1栏第41-43行。但本申请的发明人发现粉尘中含有胶粒，而且与Britt所说的不同，甚至还含有与纤维结合在一起的胶粒。粉尘的特性取决于放出粉尘的方法和粉尘的沉积机理。例如，粉尘会产生于普通的磨损或机械冲击，如玻璃在辊子上滴落。一种产生粉尘的方法包括在拉制过程中承载灰尘的对流气流。对流中的粉尘沉积在热的玻璃表面，并且永久地熔化在玻璃板上。当然，也存在其他不同的粉尘产生和沉积机理。
现有技术中已经研制出不会产生有害粉尘的麻丝板辊覆盖物。这种麻丝板含有云母，云母能够抵抗对流并且相对于硅具有较低的亲和力。令人遗憾的是，麻丝板辊的热不稳定性通常会导致出现高温性能问题，如彼此相邻的几个麻丝板节段的分离以及由此产生的磨损。
对于耐火辊覆盖物来说，尤其是对于诸如用于TFT玻璃的拉坯辊这种较高需求的应用，需要产生尽可能少的粉尘问题，同时还应当能够保持良好的机械性能和热稳定性。覆盖物不应当含有自由硅石微粒或纤维，所述的自由硅石微粒或纤维能够在玻璃成型机构的对流中被容易地传送。覆盖物还应当能够抵制节段的分离，即使在高温下扩大了使用范围之后也应当如此。
发明内容
本发明公开了一种辊覆盖物，它包括麻丝板节段和高度硬化的压缩纤维节段。麻丝板优选具有较低的粉尘，或者所选择的麻丝板使得所产生的任何粉尘都不易于形成对流转移，或者是对玻璃板具有很小的亲和性。高度刚性纤维具有较强的机械性能，它包括一熔融表面，如果有任何粉尘产生，该熔融表面释放很少的粉尘。因此辊覆盖物产生很少的可附着在玻璃板上的有害粉尘。
在主要的一方面里，辊覆盖物同时结合了麻丝板和高度硬化的压缩纤维的优点。麻丝板可以产生无害的粉尘，但通常其机械性能较弱且易碎。高度硬化的压缩纤维具有较强的机械性能，但会产生大量的有害粉尘。本发明在低粉尘、机械性能较强的辊覆盖物中采用了麻丝板和高度硬化的压缩纤维节段相结合的构造。
在一实施方案中，辊覆盖物包括耐火材料的环形节段，其适于装在心轴上。至少两个节段带有低粉尘麻丝板，它们适于接触、支撑和随意地拉动玻璃板。其余的节段带有高度硬化的压缩纤维，并且适于机械地支撑着麻丝板。对高度硬化的压缩纤维节段进行处理以便它们的表面具有足够的硬度，而且能够产生很少或不产生粉尘。
一方面，辊覆盖物可以与带有多个牵引平面的、具有一定轮廓的拉坯辊一起使用。该拉坯辊包括一钢制心轴，其上覆盖有至少两个低粉尘麻丝板节段和至少三个高度硬化的压缩纤维节段。麻丝板节段带有可在位于纤维节段之上的横截面中延伸的牵引平面。纤维节段包括一中心节段和两个外部节段。每个纤维节段在其与麻丝板节段的接触面处都包括一凸起的台肩。麻丝板节段还可以具有一互补的斜面。纤维节段不会与玻璃板接触，同时还为麻丝板节段提供了机械支撑。
另一方面，辊覆盖物包括被包括耐火材料的中心节段分离开的牵引平面。在制造和使用辊覆盖物的过程中，位于中心节段任一端的压缩环将纤维保持在压缩的状态下，从而使作用在牵引平面上的压缩力减小。在一实施方案中，该压缩环包括可装配在心轴凹槽内的扣环，其中在所述心轴上安装有辊覆盖物。
图1示出了现有技术中的成型拉坯辊的侧视图。
图2示出了本发明的成型拉坯辊的侧视图。
图3示出了本发明的成型拉坯辊的另一可选实施方案。
图4示出了带有压缩环的拉坯辊的又一实施方案。
具体实施例方式
图1示出了现有技术中的辊子1，它包括带有绝缘覆盖物3的金属轴2。该绝缘覆盖物可包含麻丝板或压缩纤维。耐火覆盖物3包含在端板4内。金属轴2由未图示出的方式支撑着，并且可以在其内部冷却。所述支撑通常可允许辊子进行转动。利用一中空的轴，并且利用冷却液可便于进行内部的冷却。端板4也通过未图示出的方式在耐火覆盖物3上保持压缩。这一压缩有助于保持耐火覆盖物3的机械完整性。本领域技术人员可以认识到许多端板和盖都可以保持耐火覆盖物3的压缩。
沿着金属轴2的轴向，金属轴2的外表面基本覆盖包括多个耐火节段的辊覆盖物。这些节段通过端板4保持压缩接合。周期性地，由于耐火覆盖物的“设置”，必须调节端板以保持作用在节段上的压缩力。适宜的是，可将弹簧与端板一起使用，从而能够在无需手动调节端板的情况下适应少量的“设置”。
现有技术中的辊覆盖物含有麻丝板或压缩纤维。麻丝板通常为以粘土为基体的制品，它还可以包括天然和合成的矿石和纤维。压缩纤维通常包括天然或合成的注入有硬化剂的陶瓷纤维，如硅石。通常的硬化剂为高熔点氧化物的胶状悬浮物，如胶态氧化硅或胶体氧化铝。对经过浸渍的纤维进行干燥，并且可选择在高温下对其进行加热。浸渍、干燥和加热的量都会影响到纤维辊覆盖物的最终硬度。这里结合Hart的US5378219作为参考，其中对压缩纤维辊覆盖物的各种生产方法和特性进行了说明。
通常存在于麻丝板和压缩纤维覆盖物中的某些成分对玻璃板具有亲和力。这些成分的微粒，即“粉尘”可能会附着在热的玻璃板上，从而留下微观的瑕疵。已经发现麻丝板能够产生对玻璃具有较低亲和力的粉尘，以下被称作“低粉尘麻丝板”。这种低粉尘麻丝板中通常缺少能够为麻丝板提供出机械完整性的成分，如陶瓷纤维或熔融硅石颗粒。低粉尘麻丝板中的成分包括扁平颗粒或粘结颗粒，这些颗粒不容易在对流中传送，即该成分趋向于是非空气动力的。遗憾的是，这种低粉尘麻丝板是脆性的并易于破碎。相反，高度硬化的压缩纤维主要包括陶瓷纤维和熔融硅石颗粒。纤维和熔融硅石结合从而形成了机械性能稳定的辊覆盖物。硅石纤维和熔融硅石对玻璃板都具有较强的亲和力。
本发明结合了低粉尘麻丝板和高度硬化的压缩纤维的优点，同时还避免了它们的局限性。本发明的辊覆盖物包括接触部分和刚性部分。接触部分适宜与玻璃板接触，它主要由低粉尘麻丝板构成。优选刚性部分不与玻璃板接触。相反，该刚性部分机械地支撑着低粉尘麻丝板，从而能够基本上防止麻丝板变形。刚性部分包括具有至少一个充分熔融表面的高度硬化的压缩纤维。该熔融表面限制了粉尘的形成，并且还限制了玻璃板上的瑕疵的产生。除熔融表面外，刚性部分还可以在其整个体积中被熔化。
这种低粉尘麻丝板可以是任何能够在大约850℃下保持弹性，并且产生很少或不产生对玻璃板具有亲和力的粉尘的麻丝板。这种麻丝板必须保持其形状，并且不能在负载和操作温度下产生化学或物理方面的退化。此外，这种低除尘麻丝板必须具有足够的弹性以减少玻璃板的破碎。这类麻丝板的其中一种类型可以含有粘土和云母，并且包含很少的纤维或硅石颗粒。
刚性部分必须能够承受至少850℃的温度。适宜的是，刚性部分含有高度硬化的压缩纤维，并且其具有至少一个熔融表面。在操作过程中如果有粉尘的话，该熔融表面释放很少的粉尘，但是这种熔融表面缺少直接接触玻璃板所需要的弹性。高度硬化的压缩纤维基本上是不可压缩的，并且具有良好的机械完整性。当低粉尘麻丝板节段受到磨损需要更换时，这种高度硬化的压缩纤维的节段甚至可以被重新使用。可通过把压缩纤维节段浸透在硬化剂中，对该经过浸渍的节段进行干燥，并且在高温下对干燥的节段加热而形成高度硬化的压缩纤维节段。加热使硬化剂颗粒熔化，借此形成了至少一个充分熔融的表面。所述加热优选发生在大约1100℃以上。
图2示出了本发明的拉坯辊。该拉坯辊包括轴1和耐火辊覆盖物。在这一实施方案中，拉坯辊还包括两个外端板2和两个内端板3，在外端板和内端板之间是一压缩弹簧7。弹簧7有助于保持麻丝板节段5上的压缩，并且可以改善麻丝板节段5的机械磨损。可选的是，外端板2是分开的，可采用开口环4来保持着每个外端板2。辊覆盖物为成型的，即辊覆盖物的表面在高度上变化。辊覆盖物包括多个节段，这些节段都带有低粉尘麻丝板节段5、中心的高度硬化的压缩纤维节段6以及外部高度硬化的压缩纤维节段8。麻丝板节段可沿着玻璃板的外缘接触并支撑玻璃板。麻丝板节段5的顶面9也被称作牵引平面。在操作中，玻璃板优选仅与牵引平面9接触。硬化的纤维节段6，8机械地支撑着麻丝板节段5。纤维节段6，8优选包括辊覆盖物轴向长度的大半，因此麻丝板的任何退化都不会对辊覆盖物的机械整体性造成实质上的损害。本领域的技术人员能够认识到麻丝板和纤维节段的尺寸和位置取决于多种因素，如生产条件、机器配置等。
图3示出了本发明的一个可选实施方案。辊子包括轴1和辊覆盖物。辊覆盖物带有多个低粉尘麻丝板节段5、至少一个中心的高度硬化的压缩纤维节段6，以及多个外部高度硬化的压缩纤维节段8。这些纤维节段6，8在与麻丝板5连接处包括台肩10。台肩10能够为麻丝板节段5提供额外的支撑。有利的是，台肩10应保持在牵引平面9的水平面之下。麻丝板节段5还可以包括斜面11，它能够基本上消除麻丝板节段5的直角边缘。优选地，斜面11可以过渡到台肩10。更优选地，斜面11在不间断的情形下，即以连续的、无接缝的形式过渡到台肩10。
当在心轴上设置辊覆盖物时，中心节段与接触部分的横截面积的差异导致出现了制造问题。中心区段通常具有比接触部分小的横截面积。换言之，对于沿着心轴沿轴向施加任一给定的作用力，作用在中心区段上的压力要大于接触部分上的压力。施加在接触部分上的足够的压力能够在中心区段上形成出足以压坏中心节段的压力。
图4和4a示出了能够克服这一问题的构造。位于心轴1之上的辊覆盖物包括由压缩中心节段6分开的牵引平面5。该牵引平面带有低粉尘麻丝板节段。位于中心的节段含有耐火材料，如耐火纤维或麻丝板。优选将中心节段的表面密封起来以降低粉尘。在制造和使用辊覆盖物的过程中，中心节段6任一端的压缩环41将节段保持在压缩的状态下。在一实施方案中，压缩环41包括能够装配在心轴1的凹槽42中的扣环。扣环可防止中心节段沿着心轴的长度方向产生运动。凹槽42可以包括用于调节压缩力的插入物43。适宜的是，插入物可由两个片状件组成。压缩环使得中心节段具有比其他部件小的直径，同时还能够避免中心节段被压坏。压缩环还使得牵引平面上的压缩能够适应牵引平面的需要。在一些情形下，辊子的端板(未示出)不需要在牵引平面上施加较大的作用力，在其它情况下可能是必需的。这就能够减少对端板上弹簧的需求，并且还降低了不同节段被压坏的可能性。
显然，可以对本发明进行多种改进和改变。在下述权利要求的范围内，除特别说明之外可以将本发明运用于实践中。尽管已经相对于某些优选实施方案对本发明进行了说明，但对本领域技术人员来说显然可以对本发明进行不同的改进、修改和添加。所有这一类的改进、修改和添加都应当包含在仅仅由所附权利要求限定的该专利的范围内。
权利要求
1.一种耐火辊覆盖物，其用于生产玻璃板的过程中使用的拉坯辊，其特征在于a)适于接触玻璃板的接触节段，其包括低粉尘的麻丝板；以及b)对接触节段提供机械支撑的刚性节段，其包括硬化的压缩纤维。
2.如权利要求1所述的辊覆盖物，其特征在于，所述麻丝板包括粘土和云母。
3.如权利要求1所述的辊覆盖物，其特征在于，刚性部分包括密封的表面，从而可减少刚性节段的粉尘。
4.如权利要求1所述的辊覆盖物，其特征在于，刚性节段包括与接触节段相邻的台肩，从而改善对接触节段的机械支撑。
5.如权利要求4所述的辊覆盖物，其特征在于，接触节段包括过渡成台肩的倾斜边缘，从而减少了与刚性节段的不连续性。
6.如权利要求1所述的辊覆盖物，其特征在于，刚性节段被设置在至少两个接触节段之间。
7.如权利要求1所述的辊覆盖物，其特征在于，接触节段被设置在至少两个刚性节段之间。
8.如权利要求1所述的辊覆盖物，其特征在于，至少两个接触节段分开刚性节段，并且由至少两个另外的刚性节段限定。
9.如前述任一权利要求所述的辊覆盖物，其特征在于，接触节段具有比刚性节段大的外径，因此可以避免玻璃板与刚性节段接触。
10.一种用于生产玻璃板的耐火拉坯辊，它包括如权利要求1所述的耐火辊覆盖物，其特征在于a)多个端板；以及b)至少一个压缩弹簧，其位于至少一个端板和辊覆盖物之间，借此可将压缩力施加在辊覆盖物上。
11.如权利要求10所述的拉坯辊，其特征在于，刚性节段具有一端部，以及与该端部相邻的压缩环，所述压缩环与拉坯辊配合以保持对刚性节段的压缩。
12.如权利要求10所述的辊覆盖物，其特征在于，刚性节段具有两个端部，以及位于该刚性节段每一端部上的压缩环。
13.如权利要求11或12所述的辊覆盖物，其特征在于，所述压缩环包括开口环。
14.如权利要求12所述的辊覆盖物，其特征在于，刚性节段被设置在至少两个接触节段之间。
全文摘要
本发明公开了一种耐火辊覆盖物，其可减少在生产玻璃板的过程中产生的有害粉尘数量。该辊覆盖物带有多个节段，其包括可由高度硬化的压缩纤维节段机械支撑的低粉尘麻丝板节段。麻丝板节段可与玻璃板接触。选择这种麻丝板可使产生的任何粉尘与玻璃板的亲和性很小，或者是不易于通过对流被流化。高度硬化的压缩纤维具有能释放很少粉尘的熔融表面。所产生的辊覆盖物基本能够消除粉尘，同时还成为具有良好机械性能的辊覆盖物。
文档编号C03B35/18GK1871186SQ200480030961
公开日2006年11月29日 申请日期2004年10月6日 优先权日2003年10月20日
发明者A·戴利, M·霍尔, J·多兹沃思, D·霍格德, D·巴考 申请人:维苏维尤斯·克鲁斯布公司