专利名称：制作异形玻璃制品的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及制作异形玻璃制品的方法和装置。更具体地说，本发明涉及将平板玻璃对准在模具上的方法。
背景技术：
玻璃再成形过程要求将冷玻璃预制品加热到足够低的粘度，在该粘度下玻璃可被再成形。如2009年6月29日提交的美国专利申请第12/493674号中描述的，制作异形玻璃制品的方法包括将平板玻璃放置在模具上，加热平板玻璃(通常到在或接近其玻璃相变温度的温度)，以及将平板玻璃模塑成三维形状。将异形玻璃板从模具移开并退火。退火后，将异形玻璃板的边缘轮廓设置成最终精确尺寸并抛光。对于平板玻璃，可以以低成本在3轴机器上完成设置玻璃板的边缘轮廓。然而，对于异形玻璃板，如果边缘轮廓是复杂曲线，将玻璃板的边缘轮廓设置成最终精确尺寸可能就需要4轴或5轴机器，这通常成本过高。前面提到的美国专利申请第12/493674号描述在将平板玻璃再成形成异形玻璃板前设置平板玻璃的边缘轮廓并抛光的第二种再成形方法。通过第二种方法，不需要附加对异形玻璃板的边缘进行轮廓设置和抛光。在第二种方法中，必须将具有复杂形状的异形平板玻璃放置在模具非常精确位置上以形成具有最终精确尺寸的异形玻璃板。由于在玻璃板和模具的加热过程中会发生热膨胀和移动，因此这种精确定位会具有挑战性。玻璃在其处于超过玻璃转变温度时通常具有非常高的热膨胀。例如，其膨胀性可轻易超过模具材料的膨胀性(在这里模具材料可以是金属或陶瓷)。图IA示出用大猩猩牌 (Gorilla )玻璃(可根据代码2317向纽约康宁康宁有限责任公司购买)制造的玻璃100以及用铬镍铁合金718制造的模具102的典型性能。图IA中，在600° C以上玻璃的膨胀性超过模具的膨胀性。图IB示出平板玻璃I在约束状态下放置在水平模具3上。平板玻璃I定位在模具3的上表面2上使得其覆盖模腔4。对准销5用来在玻璃板被加热和形成异形玻璃制品6前将玻璃板平板玻璃放在模腔4中部上。如果平板玻璃I在其被加热前以如图IB中所示的约束状态放置，则平板玻璃I 一旦接近其玻璃转变温度将因其不能够膨胀而完全破裂。图ICUD以及IE示出平板玻璃I有约束放置的另外实例。在图IC以及ID中，对准销7用来在加热和成形玻璃板前将冷平板玻璃I精确定位在模具3上。图IE中，对准块8用来实现与对准销7相同的作用。图1C-1E中的放置是过约束的。为了避免玻璃板破裂，人们可考虑将玻璃板加热到或接近玻璃转变温度并接着在约束状态下将加热好的玻璃放置模具上。然而，因为玻璃在被加热时将扭曲和变形且将不再具有精确对准在模具上所要求的平坦表面，所以这种方法不适用于薄玻璃(小于2. 5毫米)。
发明内容
在本发明的第一方面中，制作异形玻璃制品的方法包括(a)提供平板玻璃，(b)提供一种具有由成形表面限定的模腔的模具，该成形表面具有异形玻璃制品表面轮廓，(C)在模具上在成形表面边缘处提供至少一个边缘对准销，Cd)将玻璃板倾斜抵靠成形表面边缘，使得玻璃板的一端邻靠边缘对准销，(e)加热玻璃板，(f)将玻璃板下陷在模具的成形表面上使得玻璃板采取异形玻璃板制品的表面轮廓且由此形成异形玻璃板制品，其中，在玻璃板下陷到模具的成形表面上时，边缘对准销使玻璃板边缘与模腔对准，以及(g)将异形玻璃板制品从模具移开。在本发明的一个实施例中，步骤(a)包括(al)将平板玻璃边缘轮廓设置成最终的形状。在本发明的一个实施例中，步骤(I)包括抛光玻璃板边缘。在本发明的一个实施例中，步骤(e)包括优先地加热玻璃板使得在加热过程中模具基本上保持比玻璃板冷。 在本发明的一个实施例中，方法还包括(h)倾斜模具使得玻璃板的邻靠边缘对准销的端部通过重力压紧在边缘对准销上。在本发明的一个实施例中，步骤(e)包括(el)将玻璃板加热到低于玻璃板软化点的温度。在本发明的一个实施例中，步骤(e)包括(e2)将玻璃板加热到玻璃板软化点与玻璃板退火点之间的温度。在本发明的一个实施例中，方法还包括(i)在步骤(f)前在玻璃板和成形表面之间施加真空。在本发明的一个实施例中，方法还包括(j )通过步骤(f )的至少一部分在玻璃板和成形表面之间施加真空。在本发明的一个实施例中，方法还包括(k)在步骤(g)之前冷却模具中的玻璃板。在本发明的一个实施例中，方法还包括(I)将异形玻璃板制品退火。在本发明的一个实施例中，方法还包括(m)将异形玻璃板制品化学强化。在本发明的一个实施例中，方法还包括(η)将防污涂层施加在异形玻璃板制品上。应当理解，前面的总体说明和以下详细说明都是本发明的示例并意在提供理解本发明所要求的特性和特征的总览或框架。包括附图以提供本发明的进一步理解，附图包含在该说明书中并构成该说明书的一部分。附图示出了本发明的各种实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理和运行。
下面是附图中的
。为了清晰和简明，附图不一定是按比例的，且附图的某些特征和某些视图可能按比例放大或示意性地示出。图IA是玻璃材料和模具材料的热膨胀性能曲线图。图IB是将平板玻璃有约束地放置在水平模具上的剖视图。图IC是将平板玻璃过度约束地放置在模具上的俯视图。图ID是另一将平板玻璃过度约束地放置在模具上的俯视图。
图IE是又一将平板玻璃过度约束地放置在模具上的俯视图。图2是具有异形边缘的平板玻璃的俯视图。图3是模具的立体图。图4示出将平板玻璃对准在模具上。图5示出在模腔没有深轮廓时玻璃板的对准布置的示意图。图6是图5沿线6-6的剖视图。图7是图5沿线7-7的剖视图。图8示出在模腔具有深轮廓时玻璃板的对准布置。
图9是图8沿线9-9的剖视图。图10是图8沿线10-10的剖视图。图11示出沿着模具异形表面的边缘对准销。图12示出定位在模具平坦表面上的边缘对准销。图13示出定位在模具异形表面上的在升高位置的边缘对准销。图14示出多个倾斜的模具的加热布置。
具体实施例方式现将参照附图详细描述本发明。在该详细说明书中，阐述了多个具体细节以提供对本发明的完整理解。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，没有一些或所有的这些具体细节也可实施本发明。在其他实例中，可不对众所周知的特征和/或过程步骤详细描述以免不必要地使本发明变得不清楚。此外，类似或相同的附图标记可用来标记共同或类似的部件。制作异形玻璃制品的方法包括提供平板玻璃。本文所用术语“异形玻璃制品”意思是具有三维形状的玻璃板制品。平板玻璃可由适于异形玻璃制品预期应用的任何玻璃成分制成。如下面将进一步描述，平板玻璃在某些方面上可由可离子交换玻璃制成。该方法还包括将平板玻璃的边缘轮廓设置成最终形状。使用诸如加工的技术来设置平板玻璃的边缘轮廓。适当的多轴CNC (计算机数字控制)机器可用来设置平板玻璃的边缘轮廓。通常来说，3轴CNC机器就足够用。图2示出最终形状的具有异形边缘13的平板玻璃11的实例。该方法包括抛光异形边缘13。诸如研磨和火抛光的技术可用来抛光异形边缘13。该方法还包括提供模具。图3示出具有模具本体17和由成形表面21限定的模腔19的模具15的实例。成形表面21具有对应于异形玻璃制品形状的表面轮廓。一般来说，成形表面21的表面轮廓将根据所要形成的异形玻璃制品的形状来改变。模具本体17可包括用来对模腔19提供真空的一个或多个槽23。一组对准销29定位在成形表面21的边缘18。因为他们将接触和对准平坦玻璃的边缘以使平板玻璃下陷在模腔19中，所以对准销29将称为“边缘对准销”。边缘对准销29可定位在模腔19的内侧或外侧。在图3中，边缘对准销29定位在模腔19外。在将平板玻璃正确对准在模具上时，模具上边缘对准销29的位置对应于平板玻璃上的点。将平板玻璃放置在模具上包括使平板玻璃上的点与边缘对准销29的位置匹配。一组对准销33偏离成形表面21的边缘。对准销33将称为偏离对准销。偏离对准销33辅助将平板玻璃定位在模具15上以及控制平板玻璃侧向移动。模具15由耐热材料制成，较佳的一种材料是在其中将形成异形玻璃制品的情况下是惰性的。合适的模具材料的实例包括耐高温钢和铸铁。成形表面21可涂有耐高温材料以延长模具15的寿命。较佳地是，涂层材料在其中将形成异形玻璃制品的情况下也是惰性的。合适的涂层材料的实例是来自阿莫利公司(Armoloy)的金刚铬涂层。该方法还包括将平板玻璃11对准在模具15上，如图4所示。在图4中，平板玻璃11倾斜抵靠成形表面21的边缘18。平板玻璃11的一侧延伸出模腔19，如附图标记30所示。平板玻璃11的另一侧邻靠边缘对准销29 (图4中仅示出一个边缘对准销29)，如标记31所示。为了防止平板玻璃11滑入邻靠边缘对准销29侧的模腔19中，将模具15倾斜一个角度使得玻璃板11通过重力压紧在边缘对准销29上。模具15的倾斜角α通常在0°与20°之间。倾斜角是从成形表面21的切线22到水平线24测量的。偏离对准销33 (图4中仅一个示出)有助于将平板玻璃11定位在模具15上以及控制平板玻璃11的侧向移动。当平板玻璃11下陷在模腔19中时，如下面将进一步解释，边缘对准销29 (与平板玻璃11的边缘接触的)使平板玻璃11保持与模腔19的对准(在边缘处)。 图5示出在沿模腔周界的轮廓是浅的时玻璃板的对准布置。图5中，四个边缘对准销29定位在平板玻璃11的角部。图6示出图5所示布置沿线6-6的剖视图，以及图7示出图5的布置沿线7-7的剖视图。图6中，平板玻璃11的一端邻靠边缘对准销29，如上面所解释的，以及将模具15倾斜使得平板玻璃11的一侧通过重力压紧在边缘对准销29上。图8示出在沿模腔周界的轮廓是深的时的玻璃板对准。图8中，四个边缘对准销29定位在平板玻璃11的相反端。图8的放置表面上看类似于图ID的布置。然而，注意，图8中边缘对准销29实现与图ID中所示的侧向约束作用相反的边缘对准作用。这在图9中更清楚，图9是图8沿线9-9的剖视图。图9中，边缘对准销29位于成形表面21的边缘18的邻靠玻璃板11边缘的位置处并在玻璃板陷入模腔时引导玻璃板边缘。图ID的对准销7以类似于图IB的对准销5所示的方式偏离成形表面边缘且不提供边缘对准。图10示出图8的布置沿线10-10的剖视图。图9中，平板玻璃11邻靠边缘对准销29，并将模具15倾斜使得平板玻璃11通过重力压紧在边缘对准销29上。图11-13示出用台阶形的边缘对准销29'，29"对准玻璃板。图11和12中，台阶形的对准销29'具有增大部分43以及细长部分41。图11中，通过细长部分41延伸进入模具15的本体且增大部分43从模具成形表面21突出来将对准销29'定位在模具成形表面21的边缘。将增大部分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的轮廓。在这个布置中，平板玻璃11邻靠增大部分43。图12中，通过细长部分41延伸进入模具本体17且增大部分43从模具上表面27突出来将对准销29"定位模具15上表面27上在成形表面21边缘处。抵靠在上表面27的增大部分43的下表面45是平坦的。在这个布置中，平板玻璃11也邻靠增大部分43。图13中，对准销29"如图11中的情形一样定位在成形表面21的边缘。然而，图13中，增大部分43的下表面45是平坦的且下表面45相对于成形表面21是升高的使得在增大部分43的下表面45与成形表面21之间有间隙。平板玻璃11刚好放入该间隙并邻靠对准销29"的细长部分41。增大部分43阻止平板玻璃11滑上对准销29"。在如上所述将平板玻璃对准在模具上以后，该方法还包括加热平板玻璃和模具。如2009年6月29日提交的美国专利申请第12/493674号所述，较佳地通过紫外线来优先地和快速地完成加热。中型红外线加热器可用来加热。优先的加热是使得在加热过程中模具基本上保持比玻璃板冷。对于倾斜的模具，加热器较佳地布置成使得其沿着基本上垂直于玻璃板方向将热传给玻璃板。图14示出多个倾斜模具的加热布置，同样的布置适用于单个倾斜模具。一般来说，通过与模具15大致相同的倾斜角度来将加热器51倾斜以确保玻璃板加热均一性。例如，加热器可安装在可相对水平方向以0°和20°之间倾斜角度倾斜的框架上。(应该注意的是，图14示出的模具15和加热器51的仅是代表性的。)参见图4，该方法也包括将平板玻璃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的成形表面轮廓。由于该下陷而形成的异形玻璃制品以附图标记11,示出。在玻璃板11的加热和下陷过程中，边缘对准销29保持玻璃板11的边缘到模腔19的对准。将玻璃板11下陷在成形表面21上可包括将模具15的细长孔(图3中附图标记23)连接到真空泵或可向模腔19的其他设备施加真空。在已将玻璃板11加热到使得玻璃板11的粘度接近IO9泊的温度时，将真空提供到模腔19。在将真空提供到模腔19时，玻璃板温度处于成形温度，通常低于玻璃的软化点，以及较佳地是在玻璃软化点和退火点之间。设备通过模腔19向玻璃板11提供真空，将玻璃板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的形状，如在附图标记11'所示。拉动玻璃板抵靠成形表面21的过程称为真空下陷。可在玻璃板11通过重力开始下陷进入模腔19之前将真空提供到模 腔19。替代地，可在玻璃板11通过重力已经开始下陷进入模腔19之后将真空提供模腔19。异形玻璃制品11'通常在位于模具15中的同时冷却。可通过将模具15暴露在环境空气或通过绕模具15和异形玻璃板制品11'循环冷却空气或气体来冷却。通常地，将异形玻璃制品1Γ冷却到低于其退火点的温度，较佳地到低于其应变点的温度。冷却后，将异形玻璃制品11'从模具15移开。在这个点，可将异形玻璃制品1Γ经受强化处理。该方法可包括退火异形玻璃制品11'。退火后，可通过离子交换将异形玻璃制品11'化学强化。该方法还可包括在异形玻璃制品11'上涂敷防污涂层，通常作为制作异形玻璃制品的最终步骤。上述的方法可用来在一次处理过程中制作单个异形玻璃制品或多个异形玻璃制品。为了制作多个异形玻璃制品，可如图14所示使用多个模具。平板玻璃可由任何适于异形玻璃制品预期应用的玻璃成分制成。在某些方面中，玻璃板由可离子交换玻璃制成，即能够通过离子交换来强化的含碱玻璃板。可离子交换玻璃具有最初包含在离子交换处理过程中可与诸如K+的较大碱金属离子交换的诸如Li+、Na+或两者的小碱金属离子的结构。合适的可离子交换玻璃的实例是诸如美国专利申请第11/888，213,12/277, 573,12/392, 577,12/393, 241 号以及第 12/537，393 号；美国临时专利申请第61/235，767号和第61/235，762号(所有都转让给康宁有限责任公司)中所述的含碱硅铝酸盐玻璃，其全部内容以参见的方式纳入本文。这些玻璃可在相对低的温度下进行离子交换且达到至少30 μ m深度。例如，美国专利第5，6747，90号(Araujo, Roger J.)中描述通过离子交换来强化玻璃的过程。离子交换过程通常发生在不超过玻璃相变温度的升高温度范围内。通过将玻璃浸入含有碱盐(通常是硝酸盐)的熔融浴来实现离子交换过程，其中，该熔融浴具有比玻璃中主碱金属离子大的离子。主碱金属离子与较大碱金属离子交换。例如，可将含有Na+的玻璃浸入硝酸钾(KNO3)熔融浴。熔融浴中存在的较大K+将替换玻璃中较小Na+。较大碱金属离子存在在先前被较小碱金属离子占据的位置使得在或接近玻璃表面处产生压缩应力以及在玻璃内部产生张力在离子交换后将玻璃从熔融浴中移开并冷却。离子交换深度，即较大碱金属离子侵入玻璃的穿透深度，通常是在40 μ m到300 μ m的数量级且通过玻璃成分和浸入时间来控制。在正确执行离子交换过程时，可形成抗刮擦玻璃表面。虽然已经参照有限数量的实施例描述本发明，但本领域内的技术人员在受益于本 公开后会理解在不偏离本文所披露的本发明范围可设计其他实施例。因此，本发明的保护范围仅由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种制作异形玻璃制品的方法，包括 (a)提供平板玻璃； (b)提供一种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异形玻璃制品的表面轮廓； (c)在所述模具上在所述成形表面边缘处提供至少一个边缘对准销； Cd)将所述玻璃板倾斜抵靠所述成形表面边缘，使得所述玻璃板的边缘邻靠所述边缘对准销； (e)加热所述玻璃板； (f)将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异形玻璃板制品的所述表面轮廓且由此形成所述异形玻璃板制品，其中，在所述玻璃板下陷到所述模具的所述成形表面时，所述边缘对准销使所述玻璃板的所述边缘与所述模腔对准；以及 (g)将所述异形玻璃板制品从所述模具移开。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于步骤(a)包括 (al)将所述平板玻璃的所述边缘轮廓设置成最终形状。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(al)包括 (a2)抛光所述玻璃板的所述边缘。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于步骤(e)包括优先地加热所述玻璃板使得在加热过程中所述模具基本上保持比所述玻璃板冷。
5.如权利要求I所述的方法，还包括 (h)倾斜所述模具使得所述玻璃板的邻靠所述边缘对准销的端部通过重力压紧在所述边缘对准销上。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(h)中，所述模具相对于水平方向的倾斜角度在0°与20°之间。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于步骤(e)包括 (el)将所述玻璃板加热到低于所述玻璃板软化点的温度。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于步骤(e)包括 (e2)将所述玻璃板加热到所述玻璃板软化点与退火点之间的温度。
9.如权利要求I所述的方法，还包括 (i)在步骤(f)之前，将在所述玻璃板和所述成形表面之间施加真空。
10.如权利要求I所述的方法，还包括 (j)通过步骤(f)的至少一部分在所述玻璃板和所述成形表面之间施加真空。
11.如权利要求I所述的方法，还包括 (k)在步骤(g)之前冷却所述模具中的所述玻璃板。
12.如权利要求I所述的方法，还包括 (I)将所述异形玻璃制品退火。
13.如权利要求I所述的方法，还包括 (m)将所述异形玻璃制品化学强化。
14.如权利要求I所述的方法，还包括(η)将防污涂层施加在所述异形玻璃制品上。·
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。成形表面具有异形玻璃制品的表面轮廓。在模具上在成形表面边缘处设置至少一个边缘对准销。玻璃板倾斜抵靠成形表面的边缘使得玻璃板边缘邻靠边缘对准销。接着加热玻璃板。玻璃板下陷在模具的成形表面上使得玻璃板采取异形玻璃板制品的表面轮廓且由此形成异形玻璃板制品。在玻璃板下陷到模具的成形表面上时，边缘对准销使玻璃板边缘与模腔对准。将异形玻璃板从模具移开。
文档编号C03B23/025GK102781858SQ201080054029
公开日2012年11月14日 申请日期2010年11月22日 优先权日2009年11月30日
发明者A·L·鲁滨逊, J·D·玛拉齐, J·R·小萨尔策, L·尤克雷辛克 申请人:康宁股份有限公司