冲击引起的裂纹在脆性材料中的扩展的制作方法

专利名称：冲击引起的裂纹在脆性材料中的扩展的制作方法
技术领域：
本申请涉及脆性片材的分离，更具体地，涉及因在脆性材料上施加机械能 而沿刻划线产生裂纹以及裂纹的扩展。
背景技术：
有两种常规技术可用于对脆性材料如玻璃、无定形玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷 材料的片材进行切割或成形，形成一片具有所需构造或几何特征的材料。
第一种常规方法是对片材进行机械刻划，也就是用坚硬器件如金刚石针尖 或钨针尖刻划脆性材料表面，然后该材料由于外加的显著弯曲力矩而沿刻划线 断裂。 一般地，弯曲力矩是通过绕刻划线对脆性材料进行物理弯曲而施加的。 然而，弯曲运动量和片材运动量必须得到严格控制，因为弯曲可能沿刻划线造 成多处断裂源，甚至可能导致裂开(即裂纹自刻划线向外延伸)。而且，垂直于 片材方向的大幅度弯曲还有可能干扰片材形状(它可能具有稍微拱起的形状)， 同时，在弯曲片材、分离后再释放片材的过程中，弯曲过程会导致片材展平， 这有可能显著增加片材应力。在最糟糕的情况下，若片材拱起得太高，弯曲分 离将不起作用。此外，弯曲分离可能引起边缘摩擦的发生，沿边缘产生碎屑。
第二种常规技术是激光刻划，如美国专利第5776220号所述。典型的激光 刻划包括用连续波长激光加热脆性材料的局部区域，然后立即通过施加冷却剂 使受热区骤冷，冷却剂有气体或水之类的液体。经激光刻划的材料可通过机械 刻划中所用的弯曲法进行机械断开来实现分离，也可利用能量更高的第二激光 束来实现分离。使用能量更高的第二激光束可实现无弯曲分离。然而，这种分 离较慢，而且往往难以控制裂纹的扩展。第二激光束还会产生热裂口和高残余 应力。因此，需要一种能实现快速、可重复、均匀分离的方法，它能使脆性片材 经历的弯曲最少，而且能最大程度减少对片材的操作。还需要一种能最大程度 减少干扰的分离方法，可用于垂直形成工艺(拉制)或水平形成工艺(例如浮法玻
璃)。还需要减少通常与剧烈弯曲分离相伴的扭梳纹(twist-hackle)变形，提高分
离边缘的质量。需要一种沿刻划线对脆性材料进行稳定分离的方法，它不需要 对材料进行物理弯曲，也不会产生极端温度梯度。特别需要一种能在极短时间 内(短于1秒)从连续移动的脆性材料带上分离板片的方法，它能减少可沿材料 带向上游扩展的外来干扰。

发明内容
本发明提供了通过冲击负荷快速分离脆性材料的方法，它不需要施加弯曲 力矩，也不会产生显著的剪切运动。本系统还提供了从连续移动的脆性材料带 上快速、可重复、均匀地分离脆性材料板片的方法，它减少了对材料带的干扰。 本系统在用于分离脆性片材时，还可减少在借助大弯曲力矩进行分离时常观察 到的扭梳纹，从而提高了边缘质量，减少了分离引起的玻璃粒子。
本系统可用于分离静态、独立或固定的片材，但也可特别用于从材料带上 分离板片，还可用于从移动的玻璃带上分离玻璃板。研究还发现，本系统对高
于30(TC的热玻璃具有良好效果。
一般地，将来自振动针尖的冲击能施加到脆性材料上，产生裂纹，使裂纹 沿预先形成的刻划线扩展。冲击能通常施加在材料上与刻划线相反一侧的刻划 线局部区域内，使冲击能产生的应力沿刻划线在材料中产生张力，从而以最佳 方式产生裂纹并使之扩展，但片材沿垂直于片材的方向的运动最小。
在另一种方式中，在施加冲击能之前，通过向刻划线施加横向负荷促进脆 性材料沿刻划线的分离。由于施加了负荷，片材张紧，片材侧向硬度增加，使 刻划线底部的应力集中度增加，从而有利于裂纹的形成。较高的片材侧向硬度 还有助于裂纹沿刻划线扩展。通过选择冲击能、接触力、接触速度和沿刻划线 的张力的大小，本系统可用于以不同速率分离多种脆性材料。冲击能的振动频 率若太低，将影响分离速度。
在当前从连续玻璃带分离玻璃板的方式中，本发明控制和/或减少了有害干 扰的产生，这种干扰可在材料带中向上游迁移，对玻璃带的形成过程产生不利 影响。本发明还可高速(例如短于l秒)分离玻璃，对制造工艺的动态应用来说，这有时是很关键的。在恰当的条件设置下，本发明可在不到l秒的时间内分离 超过2米宽的材料。
本发明的其他特征和优点将在以下详细描述中陈述，本领域的技术人员借 助于该描述很容易理解或通过实施这里所描述的本发明很容易认识其部分内 容。为了描述的目的，以下讨论就玻璃的制造展开。然而，应当理解，所附权 利要求所限定和陈述的本发明不受此限制，除非权利要求中规定该脆性材料是 玻璃。
应当理解，前面的概述和后面的详述都仅仅是对本发明的举例说明，其目 的是为理解由后面权力要求所限定的本发明的性质和特征提供概览或框架。另 外，上面列出的本发明的各个方面以及下面所讨论和要求权力的优选实施方式 及其他实施方式可独立使用，也可以任意和所有组合形式使用。
附图用于进一步理解本发明，并入本说明书并构成其一部分。附图显示了 本发明的各种实施方式，它们与文字描述一起用于解释本发明的原理和操作。 应当注意，附图中显示的各个特征不一定是按比例绘制。实际上，为了使讨论 更清楚，这些尺寸可能任意扩大或缩小了。


图1是用于形成脆性材料带的装置的示意性透视图。
图2是从熔制玻璃制造装置上延伸的玻璃带的示意性前视图。 图3是施加在材料带上的振动冲击能的示意性侧视图。 图4是用于分离的水平脆性片材的侧视图，分离方法是用合适的载体施加 振动冲击能。
图5是用于分离的脆性片材的侧视图，分离方法是通过朝横穿刻划线的方 向施加负荷来施加振动冲击能。
图6是类似于图3的示意性放大侧视图，但显示了玻璃片内部的应力水平 和方向。
图7是间歇式工艺的前视图，它有一块挂起的片材，以及按照类似于图3 和6所示方式沿刻划线分离片材的振动探针。
图8—12分别显示了下向力(或沿片材的拉伸负荷)对分离的影响(图8，下 向力一分离时间)，探针和刻划线的对准情况对分离的影响(图9，对准偏移一分 离时间)，探针接触速度对分离的影响(图10,探针移动速度一分离时间)，探针接触力对片材分离的影响(图11，探针接触力一分离时间)，以及探针移动对片 材分离的影响(图12，探针频率一使片材分离的探针移动幅度)。
具体实施例方式
出于解释而非限制的目的，在以下详细描述中提供了揭示具体细节的示例 性实施方式，以便透彻理解本发明。然而，对于了解本发明的有益效果的本领 域普通技术人员来说，显而易见的是，本发明可以不同于本说明书所披露的具 体细节的其他实施方式实施。此外，对熟知的设备、方法和材料的描述将省略，
以免干扰对本发明的描述。
本发明提供了对脆性材料进行冲击诱导分离的方法，不需要对脆性材料进 行弯曲。另外，本发明避免采用单次强力击打使裂纹扩展。本发明提供了控制
分离时间和边缘质量的方法。在一种方式中，本发明提供了从移动的材料带上 分离脆性材料板片的方法，其中选定的方式减少了干扰的产生，所述干扰可在 材料带中向上游扩展。出于描述的目的，本发明首先用于从移动玻璃带上分离 玻璃板。
图1是熔制工艺中常用类型的玻璃制造装置io的示意图。该装置IO包括
成形等温管(formingisopipe)12，用于将熔融玻璃(未示出)接收在腔体11中。熔 融玻璃流过腔体11的上边缘，沿等温管12的外侧向下流到根部14，形成玻璃 带20。玻璃带20离开根部14后，横穿固定的边缘辊16。脆性材料带20由此 形成，其长度从根部14延伸到自由端部22。
这种下拉片材或熔制工艺见述于美国专利第3338696号(Dockerty)和第 3682609号(Dockerty)，通过参考并入本文。因此，略去相关细节，以免干扰对 示例性实施方式的描述。但应当注意，其他类型的玻璃制造装置也可用于本发 明。玻璃形成领域的技术人员熟知，有多种方法可获得此结构，如层压下拉法、 缝拉法和层压熔制法。
在熔制装置或其他类型的玻璃制造装置中，随着玻璃带20从等温管12向 下移动，玻璃带从根部14处的50毫米厚的柔软液体形式变为例如端部22处 的厚约0.03 — 2.0毫米的硬玻璃带。
在形成玻璃带20的过程中，玻璃带从根部14处的液体转变为玻璃带端部 22处的下游固态。若向正在转变的玻璃中引入干扰，将在所得固态玻璃中产生 不利的非均匀性。将玻璃板从玻璃带上分离的传统方法，以波或扭曲的形式向
7玻璃带的固体部分引入了显著的能量。这种扭曲将向上游迁移进入玻璃带的熔 融部分向固体部分转变的部分。随着扭曲在玻璃带的转变部分扩散，将产生非 均匀性和非线性，并且不受控制，这会降低所得玻璃板的均匀性。此外，玻璃 带在形成区的运动会导致玻璃带冷却后产生高应力，影响玻璃带的稳定性。
出于限定的目的，当玻璃带20从根部14下来时，玻璃带以速度矢量(描述 玻璃带的运动)移动，形成基本上平整的部件，该部件具有基本上平坦的第一侧
面32(常称作A侧面)和基本上平坦的第二侧面34(常称作B侧面)。在某些方式 中，如图2所示，玻璃带20包括侧边珠子或球状部分36，其尺寸适合与固定 辊16咬合，或者在玻璃带自等温管12移动的过程中控制表面。对于玻璃带20， 术语"相对"或"相反"表示同时与玻璃带的第一和第二侧面接触。
术语"上游"表示从玻璃带20上所讨论的位点到根部14。术语"下游" 表示从所讨论的位点到玻璃带20的端部22。
玻璃板24从玻璃带20的分离发生在自根部14起算的给定距离范围内， 沿着玻璃带至少一侧上形成的刻划线26进行。也就是说，在恒定操作参数下， 玻璃带20在自根部14起算的基本上恒定的距离上达到基本上预定的固态，因 此能够分离。
如图3所示，本系统包括刻划组件40、振动(例如超声振动)施加器60和 负荷组件80。
刻划组件40用于在玻璃带20的第一侧面32上形成刻划线26。刻划组件 40包括刻划器42，在某些方式中，还包括划线砧44。出于描述的目的，刻划 器42和划线砧44用图2所示共用支架IOO上的移动来描述，为简便起见，在 图3中略去。支架IOO可相对于框架102移动，其中支架的移动可由任意机构 驱动，包括机械或电动机械机构，如马达、齿轮、齿条和小齿轮，以与玻璃带 20的速度矢量匹配。
因此，刻划器42以与玻璃带匹配的速度矢量沿玻璃带20移动的方向移动。 当刻划器42沿着玻璃带20移动的相同方向平移时，可形成刻划线26，该刻划 线相对于玻璃带移动方向横向延伸。
刻划器42可以是本领域熟知的任何构造，包括但不限于激光器、轮、点 或尖，包括金刚石、碳化物、锆或钨。
对于需要与玻璃带20接触以形成刻划线26的刻划器42的构造，该刻划 器也可在縮回的非接触位与伸长至玻璃带的接触位之间移动。对于接触型刻划器，刻划器42与划线砧44配合，沿着玻璃带20第一表 面32形成刻划线26。
一般地，刻划线的深度约为片材即玻璃带20的厚度的约10%。因此，对 于厚约0.7—1.3毫米的玻璃带20，刻划线26的深度可约为70—130微米。对 于显示系统或基材中使用的玻璃板，玻璃带的厚度通常在0.4 — 3.0毫米之间， 因此刻划线26的深度可约为40 — 300微米。然而，应当理解，对于不同的材 料、操作温度和超声施加器60，可能需要根据波璃带20的厚度调整刻划线26 的深度。
在从玻璃带20分离玻璃板24的过程中，刻划线26是直线，在珠子36之 间沿玻璃带横向延伸。因此，刻划线26具有沿刻划线长度方向延伸的纵向尺 寸。
振动施加器60对玻璃带20施加机械冲击能。振动施加器将高频电能(例如 20千赫)转化为施加器/探针尖端的纵向振动。可利用各种机构产生高频冲击。 例如，可以采用超声振动探针、振荡器晶体或磁致伸縮调节器，如处于强交替 磁场中的镍棒。振动施加器60包括细长连杆探针(coupler slender probe)62，用 来向玻璃带20引入振动能。探针62可具有各种构造，如线、点、球、平坦表 面。探针尖端的外形对分离效率有影响，这将在后面讨论。尖端的振动幅度在 分离过程中起关键作用。
在图l一5所示实施方式中，冲击能通常是机械振动的形式。振动频率在 约10赫与约400千赫之间。然而，应当理解，可以采用大于400千赫的频率， 如约700千赫至约1.2兆赫。用超声范围(大于15千赫)的高频的好处是可获得
高分离效率---決速分离。振动频率和幅度都会影响分离效率。从机械角度讲，
由于振动探针62的材料约束和构造，高频振动系统一般产生低振幅。当使用 超声振动探针时，振幅通常在约20微米至约200微米的范围内，获得快速分 离的满意范围约大于100微米。
图2和3所示负荷组件80用于沿横穿刻划线纵向尺寸的方向在玻璃带20 上施加负荷或力L。也就是说，负荷沿着玻璃带20移动的方向，向片材施加张 力。在从玻璃带20分离玻璃板24的构造中，负荷沿着速度矢量V的方向。
在一种方式中，负荷组件80还在刻划线26下游与玻璃带20咬合，控制 玻璃板24在与玻璃带20分离后的移动。代表性负荷和板咬合组件80以及相 关运输装置见述于美国专利第6616025号，其内容明确地通过参考并入本文。负荷组件80包括板咬合部件82，如真空软吸盘。应当理解，也可采用其 他用于咬合玻璃板24的器件，如夹具。板咬合部件82的数量可随玻璃板24 的尺寸、厚度和重量变化。
负荷组件80可釆用任何用于沿刻划线26施加负荷的机构。例如，气压或
液压活塞或缸可与板咬合部件连接，沿着与玻璃带20的速度矢量平行或共延 的方向施力。较佳的是，负荷组件80可沿刻划线26施加可控、可调的横向力。 典型的负荷值可在约2磅至50磅之间变化，具体取决于刻划线26的长度和要 分离的材料。通过例如负荷组件施加足够的张力，在不引起上游问题的情况下 提高裂纹扩展的效率，这在一般情况下是有利的。例如，至少约0.2磅/英寸(或 者对于宽1300毫米的片材，约IO磅)的负荷所起的作用是可接受的。
应当理解，负荷组件80可在刻划线26形成之前或之后与玻璃带20咬合。
控制器90可通过硬线或无线形式可操控地与刻划组件40、振动施加器60 和负荷组件80中的至少一个连接，以协调各组件的运行。控制器90可以是内 嵌于各组件之一的处理器。或者，控制器卯可以是专用处理器或计算机，根 据编好的程序协调控制刻划组件40、振动施加器60和负荷组件80，使玻璃板 24从玻璃带20上分离。也就是说，控制器90可对形成刻划线26、向刻划线 横向施加张力和施加振动能的先后顺序加以控制。
在运行中，刻划组件40沿玻璃带30的第一侧面32横向形成刻划线26。 接下来，使振动探针62靠近或接触玻璃带20的第二侧面34，向玻璃带20施 加冲击能，所述冲击能通常是机械振动的形式。通过接触玻璃带20，探针62 以较高的效率将能量转移到玻璃带上。连接器应当接触刻划线相反侧的区域， 以引发分离过程。该分离过程应当足够快(短于l秒)，以满足动态过程的要求。 对于快速分离而言，探针尖端与刻划线的对准非常重要。为了即时分离，探针 尖端必须与刻划线充分对准。探针62与玻璃带20接触的准确位置部分取决于 尖端的几何特征。因此，大尺寸尖端对尖端定位精度的要求较低。然而，随着 尖端尺寸的增加，分离效率下降。对于快速分离，建议采用约01/8英寸的尖端， 例如，刻划线和尖端表面区域必须重叠。
振动冲击能在沿刻划线26的接触点引发裂纹，并且帮助裂纹随后沿刻划 线扩展。根据探针的振动幅度、刻划线26的深度、横向施加在刻划线上的张 力大小和玻璃带20的组成，裂纹可沿刻划线的整个长度延伸扩展。在选定的 方式中，裂纹可扩展到刻划线26的长度以外，完成整个片材的分离。根据进一步的构想，单个或多个探针62可同时或顺次接触玻璃带20，引
发裂纹沿刻划线26的局部扩展。但在实践中，使它们同步比较困难。因此，
优选采用简单的探针引发裂纹。沿片材施加足够的负荷，同时采用最佳的探针 速度和接触力，从而使裂纹自单个引发点开始沿刻划线的整个长度扩展，这样 做据信是有利的。此外，在裂纹扩展的过程中连续施加振动能也是有利的。随 着负荷器件接触片材的位置不同，片材沿刻划线的侧向硬度不同。在最高侧向 硬度区施加探针尖端以达到快速分离是有利的。
参见图4，将划线玻璃片20'放置在水平表面上，刻划线下方留有空隙。振 动探针向玻璃片20'的未划线一侧施加冲击能。在图5中，用夹具18将玻璃片 20'夹到基材上，沿刻划线26的长度横向施加拉伸负荷L。
根据理论，据信振动施加器60将低幅振动从刻划线背侧转移到玻璃带20 上，如图6所示。它将在刻划线底部产生拉伸应力，导致裂纹在片材的整个厚 度范围内产生。振动从探针转移到片材有助于裂纹沿刻划线扩展。若玻璃带20 张紧，它将同时有助于裂纹的引发和扩展过程。
下面参考具体实施例。为了进一步说明但不限制本发明，在第一个实施例
中，深70微米的刻划线26在厚0.7毫米的玻璃片中形成。因此，刻划线的深 度为基材厚度的10%。将玻璃片支起，使玻璃片的划线侧面向水平表面，如图 4所示。使超声振动探针60接触片材跟刻划线26正相反的一侧，探针尖端的 大小约为0l/8英寸，工作频率为20千赫。完全分离得以实现。若玻璃片如图 5所示张紧，则分离将更快/效率更高。若刻划线深度超过玻璃片厚度的5%， 则分离过程对刻划线深度不敏感。
在第二个实施例中，刻划线26在大小约为1.3米x 1.1米、厚0.7毫米的 矩形玻璃片中形成。刻划线深度为70微米(玻璃片厚度的10%)，沿着片材宽度 方向延伸。划线玻璃片垂直取向，刻划线26水平延伸，6磅负荷在刻划线下方 连接到玻璃片上。采用第一个实施例中所用的相同超声振动探针60，其工作频 率为20千赫，探针尖端62接触片材的跟刻划线正相反的未刻划侧。裂纹引发 后，自单个引发点沿刻划线26的整个长度扩展，没有可观察到的扭梳纹。
本发明人已经发现，只要严格控制振动能、振动频率和片材在垂直方向上 的运动，利用工作时的振动频率至少为50赫的探针可实现片材分离。可合理 地得出这样的结论也可利用低于50赫的振动频率分离玻璃片。 图6类似于图3，但经过放大，显示了玻璃片20内的应力。因此，图6的目的是说明图1所示的连续工艺。所示探针62可由各种不同设备中的任何 一种提供动力。例如，动力机可选自超声器件、压电振动器件、电动机驱动器
件和气动器件。将探针62支起，使之在与刻划线相反的一侧上沿玻璃20运动，
但探针与刻划线对准，例如沿支架ioo上的轨道运动，所述支架在分离过程中
随玻璃片移动。可移动地支持探针的器件是公知的，不需要再为理解本发明而 详加描述。另外，用于控制振动器件运行、探针运动(向着玻璃片以及沿着玻璃 片)和其他机构的控制器是本领域公知的，足以满足本说明书的目的。
玻璃20(图6)包含刻划线26，该刻划线具有一定深度(约为玻璃厚度的10 %)，形成裂纹顶端/前沿150。玻璃带20上的下向力149增加了玻璃片的侧向 硬度，根据数学模拟，对于给定的探针冲击，该增加的侧向硬度显著增加了裂 纹顶端处的应力水平，如图中裂纹顶端/前沿150处的高应力线151所示。150 处产生的应力是拉伸应力，它有助于裂纹沿玻璃片20的整个厚度张开。对侧 向硬度增强的玻璃片的冲击效果等同于以最小玻璃片侧向运动对玻璃片进行 弯曲分离。此外，数学模拟证实，为了在裂纹顶端产生高拉伸应力，振动探针 必须与刻划线很好地对准。冲击振动还有助于裂纹沿刻划线扩展，以完全分离 玻璃片。
图7显示了在间歇式工艺中如何实现相同的应力形式，即用夹具156沿顶 部边缘夹住悬挂的片材，用底部固定器157(例如真空吸盘)使片材张紧，并以类 似于图3和6所示方式使用振动探针62(本说明书在前面称作"连杆")。
如下面将要进一步讨论的，探针62的尖端必须以足够的频率振动，使动 态应力强度因子超过玻璃材料的临界内应力强度因子，从而促使裂纹自刻划线 穿过玻璃厚度扩展。具体而言，当探针62接触玻璃片第二侧面34的表面时， 它就对接触表面施加了局部动态负荷。在冲击过程中，探针尖端冲击玻璃材料 时的起始运动速度是"v"，然后，当玻璃片发生最大偏折时的即时速度为0。 水平(垂直)冲击运动对玻璃做的功与玻璃的阻力功平衡。探针尖端施加的力在 玻璃片中靠近刻划线裂纹的地方产生静态弯曲应力，动态负荷导致动态弯曲应 力。冲击区附近的弯曲应力在有刻划线的第一侧表面32上产生拉伸作用，在 受冲击的第二侧表面34上产生压縮作甩。局部弯曲应力导致裂纹顶端/前沿150 处产生集中的拉伸应力。裂纹扩展，当动态弯曲应力大于材料的临界值，如上 所述导致动态应力强度因子超过临界应力强度因子时，出现I型破裂。应当指 出，应力强度因子通常是材料结构、裂纹几何特征、外加弯曲应力和裂纹尺寸的函数。工艺因素也可能对探针的允许幅度和频率有限制，如上游片材对来自 下游的振动的敏感性，对工艺的特殊限制，等等。
图8显示了下向力(即片材上的面内纵向张力)对分离的影响。分离时间随 下向力的增大而縮短。然而，应当注意，下向力越大，会增加玻璃片的侧向硬 度，减少静态偏折，从而增大冲击因子。图8所示数据是利用以下条件获得的
下向力为255克，超声振动设置为20%，探针速度为10毫米/秒，探针位置与 玻璃侧边向内隔开一定距离(如向内约6英寸)，玻璃厚度小于约l毫米，总宽 度至少为l毫米。该数据显示，分离时间可从约0.5秒(下向力约为8—12磅， 优选9.5磅)縮短到约0.35秒(下向力为15.0磅)。因此，2米宽的片材可在短于 2秒，更优选短于l秒的时间内分离。
探针与刻划线对准很重要，如图9所示。冲击接触点与裂纹(即刻划线)的 距离取决于探针尖端的截面尺寸以及探针与刻划线的对准程度。探针尖端越 细，或者探针尖端与刻划线对准得越好，冲击接触点就越靠近裂纹；反过来， 裂纹附近的弯曲应力就越大，因而裂纹顶端/前沿的应力集中度越高。图9所示 数据是利用以下条件获得的探针位置在玻璃侧边向内6英寸处，探针速度为 10毫米/秒，超声振动设置为20%，下向力为9.5磅，片材厚度小于约2毫米， 宽度至少为1毫米，接触力为255克。该数据显示，若对准良好，如在约0.5 毫米的错开范围内，则分离时间是最优的(即对于图示数据约为0.5秒)。错开最 多达到1毫米可能是可接受的，但分离时间将增加(例如对于图示数据增加2或 3倍，或者约1.0 — 2.0秒)。
探针速度影响分离时间，如图IO所示。具体而言，冲击物撞击玻璃片表 面的速度直接影响上面讨论的冲击因子。冲击速度越快，分离时间越短。例如， 当探针尖端的初始冲击速度约为6毫米/秒时，所得分离时间约为0.53 — 0.58秒； 当探针尖端速度约为10毫米/秒时，所得分离时间约为0.35 — 0.4秒。接触冲击 力也影响分离时间，如图11所示。具体而言，接触力越大，分离时间越短。 然而，允许的接触冲击力大小取决于片材侧向硬度和我们对片材侧向位移(受片 材拱起情况的影响)的限制。
当探针尖端的频率越来越低时，探针的移动幅度增加，以使片材分离(即裂 纹扩展)。图12所示数据显示，当探针尖端频率约为780赫时，约1.63毫米的 探针移动幅度可导致片材分离；当探针尖端频率约为50赫时，可能需要约1.83 毫米的探针移动幅度。此数据当然随着具体材料的性质和工艺参数而显著改变。500赫的探针尖端频率可获得约0.35 — 0.37秒的优异分离时间，两种不同 测试得到的分离数据相对一致，这是优选状态。由于对给定材料或片材来说， 此现象是可预计的(例如，依据其与天然频率这样的公知性质的关系)，故而可 以想到，可有选择地调节频率，以便在给定的玻璃分离工艺中改进分离时间。
尽管已经结合具体的示例性实施方式描述了本发明，但显而易见的是，本 领域的技术人员根据前面的描述很容易想到许多替代、改进和变化形式。因此， 本发明意在涵盖所有这样的落在所附权利要求的精神和宽阔范围内的替代、改 进和变化形式。
权利要求
1.分离脆性片材的方法，所述方法包括以下步骤提供具有尖端的探针；以及使尖端与片材接触，通过探针沿刻划线向片材中施加足够的振动能，由此产生裂纹，并使裂纹沿刻划线扩展。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，通过探针施加足够振动能的步骤包括提供使探针振动的动力机，所述动力机选自下组超声器件、压电振动器件、 电动机驱动器件和气动器件。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，接触步骤包括使尖端与未划线的 片材表面接触。
4. 如权利要求3所述的方法，还包括在尖端接触片材不到2秒的时间内，通过使裂纹沿刻划线完全扩展来分离片材。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，分离片材的步骤在尖端接触片材 后不到l秒的时间内发生。
6. 如权利要求l所述的方法，还包括相对于刻划线长度方向横向施加至少约 0.2磅/英寸的张力的步骤。
7. 如权利要求1所述的方法，还包括在片材平面内向片材施加至少约10磅 力的张力。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，玻璃片的宽度至少为1000毫米， 并包括在短于0. 5秒的时间内分离片材的步骤。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，以至少约25磅力在片材平面内 向片材施加张力。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加振动能的步骤包括以至少 50赫的频率振动尖端。
11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，施加振动能的步骤包括以至少 500赫的频率振动尖端。
12. 如权利要求1所述的方法，还包括在接触尖端的同时形成移动带形式的 片材，其中接触尖端的步骤包括沿片材纵向移动尖端的同时沿片材横向移动尖端。
13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，接触尖端的步骤包括尖端在未 划线的表面上接触片材，以与刻划线完全对准为基准，接触点在1.0毫米范围内
14. 如权利要求1所述的方法，包括提供与探针连接的动力器件，提供与动 力器件可操控地连接以控制探针的控制器，其中接触尖端的步骤包括操控控制器， 以控制从探针转移到片材的振动能。
15. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，片材拱起，且接触尖端的步骤 包括使尖端与拱起的片材接触。
16. 分离脆性片材的方法，所述方法包括以下步骤 在片材上形成刻划线；相对于刻划线长度方向对片材横向施加张力；以及 对片材施加振动能，引发裂纹并使之沿刻划线扩展。
17. 如权利要求16所述的方法，包括提供控制器，以控制施加振动能的步骤，并使用控制器密切控制施加到片材上的振动能。
18. 如权利要求17所述的方法，包括提供由可变振动动力器件驱动的探针， 所述动力器件由控制器可操控地控制；根据分离片材所需的最长时间，以为片材选 定的最佳振动频率操纵探针。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，动力器件选自超声器件、压电 振动器件、电动机驱动器件和气动器件中的一种，用以操控探针。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，动力器件是压电振动器件。
21. 分离片材的装置，其包含 刻划组件，用于在片材上形成刻划线；振动施加器，其具有以可移动方式受到支持和定位的探针，以接触片材， 从而将振动能引入片材，引发裂纹并使之沿刻划线扩展；控制器，其与刻划组件和振动施加器连接，控制器经选择后可使探针与片材接触，在形成刻划线后将振动能转移到片材上。
22. 如权利要求21所述的装置，包括张力器，用来沿基本上垂直于刻划线的 方向在玻璃平面内施加张力。
23. 如权利要求21所述的装置，其特征在于，振动施加器包括振动动力机， 所述动力机选自下组超声器件、压电振动器件、电动机驱动器件和气动器件。
24. 如权利要求21所述的装置，其特征在于，探针受到可移动地支持，以接触并分离具有非平坦表面的拱起片材。
全文摘要
通过探针将振动能施加到预先划线的脆性片材中，沿刻划线分离片材，如平整或拱起的玻璃。分离时间短于1秒，且具有光滑的边缘质量。片材可以是移动的片状玻璃带的形式，沿横截刻划线的方向对其施加振动负荷，以促进裂纹沿刻划线扩展。控制器根据选定的振动频率、幅度、接触速度、冲击接触力、与刻划线的对准程度等操控探针，具体取决于材料性质和结构以及最佳工艺参数。
文档编号B26F3/00GK101616778SQ200780047404
公开日2009年12月30日 申请日期2007年10月19日 优先权日2006年10月26日
发明者L·乌克兰采克, M·W·凯默尔, Y·孙, 周乃越, 伟 徐 申请人:康宁股份有限公司