專利名稱：制作異形玻璃制品的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明總地涉及制作異形玻璃制品的方法和裝置。更具體地說，本發明涉及將平板玻璃對準在模具上的方法。
背景技術：
玻璃再成形過程要求將冷玻璃預制品加熱到足夠低的粘度，在該粘度下玻璃可被再成形。如2009年6月29日提交的美國專利申請第12/493674號中描述的，制作異形玻璃制品的方法包括將平板玻璃放置在模具上，加熱平板玻璃(通常到在或接近其玻璃相變溫度的溫度)，以及將平板玻璃模塑成三維形狀。將異形玻璃板從模具移開并退火。退火后，將異形玻璃板的邊緣輪廓設置成最終精確尺寸并拋光。對于平板玻璃，可以以低成本在3軸機器上完成設置玻璃板的邊緣輪廓。然而，對于異形玻璃板，如果邊緣輪廓是復雜曲線，將玻璃板的邊緣輪廓設置成最終精確尺寸可能就需要4軸或5軸機器，這通常成本過高。前面提到的美國專利申請第12/493674號描述在將平板玻璃再成形成異形玻璃板前設置平板玻璃的邊緣輪廓并拋光的第二種再成形方法。通過第二種方法，不需要附加對異形玻璃板的邊緣進行輪廓設置和拋光。在第二種方法中，必須將具有復雜形狀的異形平板玻璃放置在模具非常精確位置上以形成具有最終精確尺寸的異形玻璃板。由于在玻璃板和模具的加熱過程中會發生熱膨脹和移動，因此這種精確定位會具有挑戰性。玻璃在其處于超過玻璃轉變溫度時通常具有非常高的熱膨脹。例如，其膨脹性可輕易超過模具材料的膨脹性(在這里模具材料可以是金屬或陶瓷)。圖IA示出用大猩猩牌 (Gorilla )玻璃(可根據代碼2317向紐約康寧康寧有限責任公司購買)制造的玻璃100以及用鉻鎳鐵合金718制造的模具102的典型性能。圖IA中，在600° C以上玻璃的膨脹性超過模具的膨脹性。圖IB示出平板玻璃I在約束狀態下放置在水平模具3上。平板玻璃I定位在模具3的上表面2上使得其覆蓋模腔4。對準銷5用來在玻璃板被加熱和形成異形玻璃制品6前將玻璃板平板玻璃放在模腔4中部上。如果平板玻璃I在其被加熱前以如圖IB中所示的約束狀態放置，則平板玻璃I 一旦接近其玻璃轉變溫度將因其不能夠膨脹而完全破裂。圖ICUD以及IE示出平板玻璃I有約束放置的另外實例。在圖IC以及ID中，對準銷7用來在加熱和成形玻璃板前將冷平板玻璃I精確定位在模具3上。圖IE中，對準塊8用來實現與對準銷7相同的作用。圖1C-1E中的放置是過約束的。為了避免玻璃板破裂，人們可考慮將玻璃板加熱到或接近玻璃轉變溫度并接著在約束狀態下將加熱好的玻璃放置模具上。然而，因為玻璃在被加熱時將扭曲和變形且將不再具有精確對準在模具上所要求的平坦表面，所以這種方法不適用于薄玻璃(小于2. 5毫米)。
發明內容
在本發明的第一方面中，制作異形玻璃制品的方法包括(a)提供平板玻璃，(b)提供一種具有由成形表面限定的模腔的模具，該成形表面具有異形玻璃制品表面輪廓，(C)在模具上在成形表面邊緣處提供至少一個邊緣對準銷，Cd)將玻璃板傾斜抵靠成形表面邊緣，使得玻璃板的一端鄰靠邊緣對準銷，(e)加熱玻璃板，(f)將玻璃板下陷在模具的成形表面上使得玻璃板采取異形玻璃板制品的表面輪廓且由此形成異形玻璃板制品，其中，在玻璃板下陷到模具的成形表面上時，邊緣對準銷使玻璃板邊緣與模腔對準，以及(g)將異形玻璃板制品從模具移開。在本發明的一個實施例中，步驟(a)包括(al)將平板玻璃邊緣輪廓設置成最終的形狀。在本發明的一個實施例中，步驟(I)包括拋光玻璃板邊緣。在本發明的一個實施例中，步驟(e)包括優先地加熱玻璃板使得在加熱過程中模具基本上保持比玻璃板冷。 在本發明的一個實施例中，方法還包括(h)傾斜模具使得玻璃板的鄰靠邊緣對準銷的端部通過重力壓緊在邊緣對準銷上。在本發明的一個實施例中，步驟(e)包括(el)將玻璃板加熱到低于玻璃板軟化點的溫度。在本發明的一個實施例中，步驟(e)包括(e2)將玻璃板加熱到玻璃板軟化點與玻璃板退火點之間的溫度。在本發明的一個實施例中，方法還包括(i)在步驟(f)前在玻璃板和成形表面之間施加真空。在本發明的一個實施例中，方法還包括(j )通過步驟(f )的至少一部分在玻璃板和成形表面之間施加真空。在本發明的一個實施例中，方法還包括(k)在步驟(g)之前冷卻模具中的玻璃板。在本發明的一個實施例中，方法還包括(I)將異形玻璃板制品退火。在本發明的一個實施例中，方法還包括(m)將異形玻璃板制品化學強化。在本發明的一個實施例中，方法還包括(η)將防污涂層施加在異形玻璃板制品上。應當理解，前面的總體說明和以下詳細說明都是本發明的示例并意在提供理解本發明所要求的特性和特征的總覽或框架。包括附圖以提供本發明的進一步理解，附圖包含在該說明書中并構成該說明書的一部分。附圖示出了本發明的各種實施例并與說明書一起用于解釋本發明的原理和運行。
下面是附圖中的
。為了清晰和簡明，附圖不一定是按比例的，且附圖的某些特征和某些視圖可能按比例放大或示意性地示出。圖IA是玻璃材料和模具材料的熱膨脹性能曲線圖。圖IB是將平板玻璃有約束地放置在水平模具上的剖視圖。圖IC是將平板玻璃過度約束地放置在模具上的俯視圖。圖ID是另一將平板玻璃過度約束地放置在模具上的俯視圖。
圖IE是又一將平板玻璃過度約束地放置在模具上的俯視圖。圖2是具有異形邊緣的平板玻璃的俯視圖。圖3是模具的立體圖。圖4示出將平板玻璃對準在模具上。圖5示出在模腔沒有深輪廓時玻璃板的對準布置的示意圖。圖6是圖5沿線6-6的剖視圖。圖7是圖5沿線7-7的剖視圖。圖8示出在模腔具有深輪廓時玻璃板的對準布置。
圖9是圖8沿線9-9的剖視圖。圖10是圖8沿線10-10的剖視圖。圖11示出沿著模具異形表面的邊緣對準銷。圖12示出定位在模具平坦表面上的邊緣對準銷。圖13示出定位在模具異形表面上的在升高位置的邊緣對準銷。圖14示出多個傾斜的模具的加熱布置。
具體實施例方式現將參照附圖詳細描述本發明。在該詳細說明書中，闡述了多個具體細節以提供對本發明的完整理解。然而，對本領域技術人員來說顯而易見的是，沒有一些或所有的這些具體細節也可實施本發明。在其他實例中，可不對眾所周知的特征和/或過程步驟詳細描述以免不必要地使本發明變得不清楚。此外，類似或相同的附圖標記可用來標記共同或類似的部件。制作異形玻璃制品的方法包括提供平板玻璃。本文所用術語“異形玻璃制品”意思是具有三維形狀的玻璃板制品。平板玻璃可由適于異形玻璃制品預期應用的任何玻璃成分制成。如下面將進一步描述，平板玻璃在某些方面上可由可離子交換玻璃制成。該方法還包括將平板玻璃的邊緣輪廓設置成最終形狀。使用諸如加工的技術來設置平板玻璃的邊緣輪廓。適當的多軸CNC (計算機數字控制)機器可用來設置平板玻璃的邊緣輪廓。通常來說，3軸CNC機器就足夠用。圖2示出最終形狀的具有異形邊緣13的平板玻璃11的實例。該方法包括拋光異形邊緣13。諸如研磨和火拋光的技術可用來拋光異形邊緣13。該方法還包括提供模具。圖3示出具有模具本體17和由成形表面21限定的模腔19的模具15的實例。成形表面21具有對應于異形玻璃制品形狀的表面輪廓。一般來說，成形表面21的表面輪廓將根據所要形成的異形玻璃制品的形狀來改變。模具本體17可包括用來對模腔19提供真空的一個或多個槽23。一組對準銷29定位在成形表面21的邊緣18。因為他們將接觸和對準平坦玻璃的邊緣以使平板玻璃下陷在模腔19中，所以對準銷29將稱為“邊緣對準銷”。邊緣對準銷29可定位在模腔19的內側或外側。在圖3中，邊緣對準銷29定位在模腔19外。在將平板玻璃正確對準在模具上時，模具上邊緣對準銷29的位置對應于平板玻璃上的點。將平板玻璃放置在模具上包括使平板玻璃上的點與邊緣對準銷29的位置匹配。一組對準銷33偏離成形表面21的邊緣。對準銷33將稱為偏離對準銷。偏離對準銷33輔助將平板玻璃定位在模具15上以及控制平板玻璃側向移動。模具15由耐熱材料制成，較佳的一種材料是在其中將形成異形玻璃制品的情況下是惰性的。合適的模具材料的實例包括耐高溫鋼和鑄鐵。成形表面21可涂有耐高溫材料以延長模具15的壽命。較佳地是，涂層材料在其中將形成異形玻璃制品的情況下也是惰性的。合適的涂層材料的實例是來自阿莫利公司(Armoloy)的金剛鉻涂層。該方法還包括將平板玻璃11對準在模具15上，如圖4所示。在圖4中，平板玻璃11傾斜抵靠成形表面21的邊緣18。平板玻璃11的一側延伸出模腔19，如附圖標記30所示。平板玻璃11的另一側鄰靠邊緣對準銷29 (圖4中僅示出一個邊緣對準銷29)，如標記31所示。為了防止平板玻璃11滑入鄰靠邊緣對準銷29側的模腔19中，將模具15傾斜一個角度使得玻璃板11通過重力壓緊在邊緣對準銷29上。模具15的傾斜角α通常在0°與20°之間。傾斜角是從成形表面21的切線22到水平線24測量的。偏離對準銷33 (圖4中僅一個示出)有助于將平板玻璃11定位在模具15上以及控制平板玻璃11的側向移動。當平板玻璃11下陷在模腔19中時，如下面將進一步解釋，邊緣對準銷29 (與平板玻璃11的邊緣接觸的)使平板玻璃11保持與模腔19的對準(在邊緣處)。 圖5示出在沿模腔周界的輪廓是淺的時玻璃板的對準布置。圖5中，四個邊緣對準銷29定位在平板玻璃11的角部。圖6示出圖5所示布置沿線6-6的剖視圖，以及圖7示出圖5的布置沿線7-7的剖視圖。圖6中，平板玻璃11的一端鄰靠邊緣對準銷29，如上面所解釋的，以及將模具15傾斜使得平板玻璃11的一側通過重力壓緊在邊緣對準銷29上。圖8示出在沿模腔周界的輪廓是深的時的玻璃板對準。圖8中，四個邊緣對準銷29定位在平板玻璃11的相反端。圖8的放置表面上看類似于圖ID的布置。然而，注意，圖8中邊緣對準銷29實現與圖ID中所示的側向約束作用相反的邊緣對準作用。這在圖9中更清楚，圖9是圖8沿線9-9的剖視圖。圖9中，邊緣對準銷29位于成形表面21的邊緣18的鄰靠玻璃板11邊緣的位置處并在玻璃板陷入模腔時引導玻璃板邊緣。圖ID的對準銷7以類似于圖IB的對準銷5所示的方式偏離成形表面邊緣且不提供邊緣對準。圖10示出圖8的布置沿線10-10的剖視圖。圖9中，平板玻璃11鄰靠邊緣對準銷29，并將模具15傾斜使得平板玻璃11通過重力壓緊在邊緣對準銷29上。圖11-13示出用臺階形的邊緣對準銷29'，29"對準玻璃板。圖11和12中，臺階形的對準銷29'具有增大部分43以及細長部分41。圖11中，通過細長部分41延伸進入模具15的本體且增大部分43從模具成形表面21突出來將對準銷29'定位在模具成形表面21的邊緣。將增大部分43的抵靠在模具表面21上的下表面45成形成遵循模具表面21的輪廓。在這個布置中，平板玻璃11鄰靠增大部分43。圖12中，通過細長部分41延伸進入模具本體17且增大部分43從模具上表面27突出來將對準銷29"定位模具15上表面27上在成形表面21邊緣處。抵靠在上表面27的增大部分43的下表面45是平坦的。在這個布置中，平板玻璃11也鄰靠增大部分43。圖13中，對準銷29"如圖11中的情形一樣定位在成形表面21的邊緣。然而，圖13中，增大部分43的下表面45是平坦的且下表面45相對于成形表面21是升高的使得在增大部分43的下表面45與成形表面21之間有間隙。平板玻璃11剛好放入該間隙并鄰靠對準銷29"的細長部分41。增大部分43阻止平板玻璃11滑上對準銷29"。在如上所述將平板玻璃對準在模具上以后，該方法還包括加熱平板玻璃和模具。如2009年6月29日提交的美國專利申請第12/493674號所述，較佳地通過紫外線來優先地和快速地完成加熱。中型紅外線加熱器可用來加熱。優先的加熱是使得在加熱過程中模具基本上保持比玻璃板冷。對于傾斜的模具，加熱器較佳地布置成使得其沿著基本上垂直于玻璃板方向將熱傳給玻璃板。圖14示出多個傾斜模具的加熱布置，同樣的布置適用于單個傾斜模具。一般來說，通過與模具15大致相同的傾斜角度來將加熱器51傾斜以確保玻璃板加熱均一性。例如，加熱器可安裝在可相對水平方向以0°和20°之間傾斜角度傾斜的框架上。(應該注意的是，圖14示出的模具15和加熱器51的僅是代表性的。)參見圖4，該方法也包括將平板玻璃11下陷在模具15的成形表面21上，使得玻璃板11采取成形表面21的成形表面輪廓。由于該下陷而形成的異形玻璃制品以附圖標記11,示出。在玻璃板11的加熱和下陷過程中，邊緣對準銷29保持玻璃板11的邊緣到模腔19的對準。將玻璃板11下陷在成形表面21上可包括將模具15的細長孔(圖3中附圖標記23)連接到真空泵或可向模腔19的其他設備施加真空。在已將玻璃板11加熱到使得玻璃板11的粘度接近IO9泊的溫度時，將真空提供到模腔19。在將真空提供到模腔19時，玻璃板溫度處于成形溫度，通常低于玻璃的軟化點，以及較佳地是在玻璃軟化點和退火點之間。設備通過模腔19向玻璃板11提供真空，將玻璃板11拉入模腔19并抵靠成形表面21使得玻璃板11采取成形表面21的形狀，如在附圖標記11'所示。拉動玻璃板抵靠成形表面21的過程稱為真空下陷。可在玻璃板11通過重力開始下陷進入模腔19之前將真空提供到模 腔19。替代地，可在玻璃板11通過重力已經開始下陷進入模腔19之后將真空提供模腔19。異形玻璃制品11'通常在位于模具15中的同時冷卻。可通過將模具15暴露在環境空氣或通過繞模具15和異形玻璃板制品11'循環冷卻空氣或氣體來冷卻。通常地，將異形玻璃制品1Γ冷卻到低于其退火點的溫度，較佳地到低于其應變點的溫度。冷卻后，將異形玻璃制品11'從模具15移開。在這個點，可將異形玻璃制品1Γ經受強化處理。該方法可包括退火異形玻璃制品11'。退火后，可通過離子交換將異形玻璃制品11'化學強化。該方法還可包括在異形玻璃制品11'上涂敷防污涂層，通常作為制作異形玻璃制品的最終步驟。上述的方法可用來在一次處理過程中制作單個異形玻璃制品或多個異形玻璃制品。為了制作多個異形玻璃制品，可如圖14所示使用多個模具。平板玻璃可由任何適于異形玻璃制品預期應用的玻璃成分制成。在某些方面中，玻璃板由可離子交換玻璃制成，即能夠通過離子交換來強化的含堿玻璃板。可離子交換玻璃具有最初包含在離子交換處理過程中可與諸如K+的較大堿金屬離子交換的諸如Li+、Na+或兩者的小堿金屬離子的結構。合適的可離子交換玻璃的實例是諸如美國專利申請第11/888，213,12/277, 573,12/392, 577,12/393, 241 號以及第 12/537，393 號；美國臨時專利申請第61/235，767號和第61/235，762號(所有都轉讓給康寧有限責任公司)中所述的含堿硅鋁酸鹽玻璃，其全部內容以參見的方式納入本文。這些玻璃可在相對低的溫度下進行離子交換且達到至少30 μ m深度。例如，美國專利第5，6747，90號(Araujo, Roger J.)中描述通過離子交換來強化玻璃的過程。離子交換過程通常發生在不超過玻璃相變溫度的升高溫度范圍內。通過將玻璃浸入含有堿鹽(通常是硝酸鹽)的熔融浴來實現離子交換過程，其中，該熔融浴具有比玻璃中主堿金屬離子大的離子。主堿金屬離子與較大堿金屬離子交換。例如，可將含有Na+的玻璃浸入硝酸鉀(KNO3)熔融浴。熔融浴中存在的較大K+將替換玻璃中較小Na+。較大堿金屬離子存在在先前被較小堿金屬離子占據的位置使得在或接近玻璃表面處產生壓縮應力以及在玻璃內部產生張力在離子交換后將玻璃從熔融浴中移開并冷卻。離子交換深度，即較大堿金屬離子侵入玻璃的穿透深度，通常是在40 μ m到300 μ m的數量級且通過玻璃成分和浸入時間來控制。在正確執行離子交換過程時，可形成抗刮擦玻璃表面。雖然已經參照有限數量的實施例描述本發明，但本領域內的技術人員在受益于本 公開后會理解在不偏離本文所披露的本發明范圍可設計其他實施例。因此，本發明的保護范圍僅由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種制作異形玻璃制品的方法，包括 (a)提供平板玻璃； (b)提供一種具有由成形表面限定的模腔的模具，所述成形表面具有所述異形玻璃制品的表面輪廓； (c)在所述模具上在所述成形表面邊緣處提供至少一個邊緣對準銷； Cd)將所述玻璃板傾斜抵靠所述成形表面邊緣，使得所述玻璃板的邊緣鄰靠所述邊緣對準銷； (e)加熱所述玻璃板； (f)將所述玻璃板下陷在所述模具的所述成形表面上使得所述玻璃板采取所述異形玻璃板制品的所述表面輪廓且由此形成所述異形玻璃板制品，其中，在所述玻璃板下陷到所述模具的所述成形表面時，所述邊緣對準銷使所述玻璃板的所述邊緣與所述模腔對準；以及 (g)將所述異形玻璃板制品從所述模具移開。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于步驟(a)包括 (al)將所述平板玻璃的所述邊緣輪廓設置成最終形狀。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(al)包括 (a2)拋光所述玻璃板的所述邊緣。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于步驟(e)包括優先地加熱所述玻璃板使得在加熱過程中所述模具基本上保持比所述玻璃板冷。
5.如權利要求I所述的方法，還包括 (h)傾斜所述模具使得所述玻璃板的鄰靠所述邊緣對準銷的端部通過重力壓緊在所述邊緣對準銷上。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于步驟(h)中，所述模具相對于水平方向的傾斜角度在0°與20°之間。
7.如權利要求I所述的方法，其特征在于步驟(e)包括 (el)將所述玻璃板加熱到低于所述玻璃板軟化點的溫度。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在于步驟(e)包括 (e2)將所述玻璃板加熱到所述玻璃板軟化點與退火點之間的溫度。
9.如權利要求I所述的方法，還包括 (i)在步驟(f)之前，將在所述玻璃板和所述成形表面之間施加真空。
10.如權利要求I所述的方法，還包括 (j)通過步驟(f)的至少一部分在所述玻璃板和所述成形表面之間施加真空。
11.如權利要求I所述的方法，還包括 (k)在步驟(g)之前冷卻所述模具中的所述玻璃板。
12.如權利要求I所述的方法，還包括 (I)將所述異形玻璃制品退火。
13.如權利要求I所述的方法，還包括 (m)將所述異形玻璃制品化學強化。
14.如權利要求I所述的方法，還包括(η)將防污涂層施加在所述異形玻璃制品上。·
全文摘要
提供平板玻璃和具有由成形表面限定的模腔的模具。成形表面具有異形玻璃制品的表面輪廓。在模具上在成形表面邊緣處設置至少一個邊緣對準銷。玻璃板傾斜抵靠成形表面的邊緣使得玻璃板邊緣鄰靠邊緣對準銷。接著加熱玻璃板。玻璃板下陷在模具的成形表面上使得玻璃板采取異形玻璃板制品的表面輪廓且由此形成異形玻璃板制品。在玻璃板下陷到模具的成形表面上時，邊緣對準銷使玻璃板邊緣與模腔對準。將異形玻璃板從模具移開。
文檔編號C03B23/025GK102781858SQ201080054029
公開日2012年11月14日 申請日期2010年11月22日 優先權日2009年11月30日
發明者A·L·魯濱遜, J·D·瑪拉齊, J·R·小薩爾策, L·尤克雷辛克 申請人:康寧股份有限公司