用于切割玻璃板的设备和方法与流程

背景技术：

1.技术领域

本发明总体上涉及用于对玻璃板进行热切割的设备和方法，更具体而言，涉及用于通过施加工具非破坏性压力来对玻璃板进行热切割的设备和方法。

2.背景技术

以往利用许多方法对玻璃板进行切割，例如使玻璃板产生划痕再使其断裂、以及用金刚石锯进行切割。这些机械方法可能由于机械切割装置的成本而是昂贵的。

另一种方法包括对玻璃进行热切断并且包括对玻璃板的一个边缘进行划刻，然后对该玻璃板施加辐射热量以使裂纹蔓延。这种方法可能导致不精确的切割线。另一种对玻璃进行热切断的方法需要使玻璃板与热源连续接触。这种方法可能由于保证沿着切割线的连续接触所需要的装置而是昂贵的。

发明概述

根据一种实施方式，一种用于切割玻璃板的方法包括将加热元件加热至加热温度，进而沿着所需的切割线将玻璃板加热至分离温度。所述加热温度高于所述分离温度。在切割线上在边缘处对玻璃板施加非破坏性的压力。所述非破坏性的压力可利用具有相对的锋利边缘的工具来施加，前提是这些边缘不对玻璃造成划刻或者不以其他方式使玻璃板产生划痕。对角切割器可被用作所述具有锋利边缘的工具。经过足够长的加热时间后，玻璃板会自发地沿着被加热的切割线分离。

在以下的详细叙述中披露了本文所述的用于切割层压强化玻璃板的方法的附加特征和优点，其中的部分内容对于本领域的技术人员而言，可以通过所述内容或通过实施本文所描述的实施方式包括以下的详细叙述、所附权利要求以及附图而变得显而易见。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的一种或多种实施方式，且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图的简要说明

图1图示了用于本发明的方法中的玻璃切割设备的一种实施方式。

图2是具有锋利边缘的工具的一种实施方式的透视图。

图3是一对对角切割器的一种实施方式的俯视图。

图4示意性地图示了根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的层压玻璃板的截面图。

图5示意性地图示了用于制造图4的层压玻璃板的熔合拉制法的一种实施方式。

发明详述

下面详细参考用于切割玻璃板的设备和方法的实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。

在各种实施方式中，一种用于切割玻璃板的方法包括将加热元件加热至加热温度；所述加热温度高于为了使玻璃板分离而必须加热达到的温度(称为分离温度)。可将玻璃板置于紧邻加热元件的位置处。玻璃板具有切割线和边缘，所述切割线代表玻璃板上需要切割的位置。所述切割线与所述边缘在一个点相交。可放置玻璃板，以使切割线和边缘紧邻加热元件，且切割线的至少一部分与加热元件直接接触。将玻璃板固定在与加热元件相邻的位置处，同时，在该点处用具有锋利边缘的工具固定或碰触玻璃板。具有锋利边缘的工具包含锋利边缘。例如，锋利边缘包含两个相对的锋利边缘。具有锋利边缘的工具轻轻地固定住玻璃板，以使玻璃板不被划刻或损坏，并且设置具有锋利边缘的工具的位置，以使该具有锋利边缘的工具的锋利边缘与切割线对齐。将玻璃板保持在紧邻加热元件的位置处，以允许所述玻璃板达到分离温度，从而使玻璃板沿着所述切割线分离。因此，分离可通过在加热过程中用具有锋利边缘的工具触碰板材且不对该板材进行划刻、使其产生划痕或以其他方式在该玻璃板中产生缺陷来实现。附加地或替代地，分离是在玻璃板与具有锋利边缘的工具之间没有相对运动的条件下实现的。例如，分离是在以下条件下实现的：不使具有锋利边缘的工具在与玻璃板发生初始触碰后朝着玻璃的中心向内移动(例如不通过使具有锋利边缘的工具的相对的锋利边缘彼此合拢以切入玻璃板)和/或不使具有锋利边缘的工具运动通过玻璃板的表面(例如不用具有锋利边缘的工具划刻玻璃板)。附加地或替代地，分离是在不通过弯曲玻璃板以引发分离的条件下实现的。

图1图示了用于切割玻璃板的玻璃切割设备的一种实施方式。玻璃板10可包含滚花边缘(knurled edge)部分12，这是由玻璃制造工艺带来的。例如，滚花边缘部分12包含沿着玻璃板10的一个或多个边缘纵向延伸的厚边(bead)，且该厚边比该玻璃板的中心区域更厚。附加地或替代地，滚花边缘部分12包含粗糙或不均匀的表面，这可能来源于成形工艺过程中玻璃板10与一个或多个牵引辊的碰触。可对玻璃板10进行指定切割线13，其代表了玻璃板10上需要进行分割的位置。应当理解的是，切割线13可以不在玻璃板10上物理存在，而仅仅代表了需要切割的位置。在一些实施方式中，如图1所示，切割线13沿着玻璃板10纵向(例如基本上平行于滚花边缘部分12)延伸。这种配置使得能够将滚花边缘部分12从玻璃板上去除。在另一些实施方式中，切割线可沿着玻璃板横向(例如垂直于滚花边缘部分12)延伸，或者沿着其它合适的方向(例如以相对于滚花边缘部分12的某一个倾斜角)延伸。玻璃板还包含边缘15。点17代表边缘15与切割线13相交的位置。

玻璃板10被置于与加热元件16相邻的位置处，以使切割线13与加热元件16彼此紧邻。从而，如图1所示，使加热元件16与切割线13对齐。玻璃板10无需与加热元件16连续接触。例如，玻璃板10被置于紧邻加热元件16的位置处，以使加热元件与玻璃板沿着切割线相隔最多约100mm、最多约50mm、最多约25mm、最多约10mm、最多约5mm、或最多约1mm的距离。在一些实施方式中，玻璃板10的沿着切割线13的至少一部分与加热元件16接触。例如，点17和紧邻点17的切割线13的一部分与加热元件16接触。加热元件16可通过传到、对流和/或辐射来加热玻璃板10。

加热元件16选择地或优先地沿着切割线13加热玻璃板10。例如，加热元件16沿着切割线13加热玻璃板10的一个区域以形成加热区域，而基本上不加热玻璃板上远离切割线的远离区域。在一些非限定性的实施方式中，为了实现这种局部加热，加热元件16可以很窄，例如宽度小于或等于约3mm。在一些实施方式中，玻璃板的加热区域包含切割线13，且向切割线13的任一侧延伸最短距离。加热区域的宽度会取决于被切割的玻璃板的种类和厚度，这会影响达到分离温度所需的时间。

在一些实施方式中，加热元件16不对称地加热玻璃板10，使得玻璃板10在其整个厚度方向上产生热梯度。例如，加热元件16加热玻璃板10的一个表面(例如紧邻加热元件的表面)而不直接加热玻璃板的相反的表面。因此，玻璃板的加热区域的与加热元件16相邻的表面比远离该加热元件的相反表面更热。

加热元件16被加热至的加热温度可取决于玻璃板10的组成，因为加热温度应当高于分离温度，而分离温度会随着玻璃板而改变。或者，加热元件16被加热至的加热温度可以是指定的温度，例如约320℃，该温度通常会高于分离温度(或比分离温度更高)，且用于玻璃板10的切割时间可随着玻璃板10的组成而改变。

加热元件16包含能够产生热量以加热玻璃板10的切割线13的合适的加热装置。例如，加热元件16包含加热丝(例如镍铬丝)、加热棒(例如calrod加热器)、加热带、加热盘、焰炬或焰炬储器、激光或激光储器、或其它合适的加热装置。在一种实施方式中，如图1所示，加热元件16包含利用电线18连接至电源14的加热带。加热带可提供所需的加热，且相对较为廉价。使用加热带降低了使用其它类型的玻璃切割装备(如激光或机械切割装置)所带来的高成本。

载体20可在合适的位置处(根据方便，例如水平、垂直或中间角)承载玻璃板10。在一些实施方式中，加热元件16嵌入载体20中，以使加热元件16至少部分地毗连承载玻璃板10的载体20的表面。因此，为了加工方便，可使玻璃板10固定至载体20。

图2是具有锋利边缘的工具30的一种实施方式的透视图。具有锋利边缘的工具30可包含第一腿32、第二腿34和横梁36。腿32、34各自分别包含锋刃38、39，这向腿32、34各自提供了锋利边缘。第一腿32与第二腿34之间的距离D可略微小于将要被切割的玻璃板10的厚度(图1)。第一腿32和第二腿34可稍微分开，以能够将玻璃板10在点17处插入具有锋利边缘的工具30中，使锋刃38、39轻轻地接触玻璃板10。横梁36可提供阻力，使第一腿32和第二腿34偏置至它们的非分离的位置，从而在点17处轻轻地固定住玻璃板10的最边缘。具有锋利边缘的工具30轻轻地固定住玻璃板30，以使玻璃板10不被损坏或不被划刻。例如，具有锋利边缘的工具30的锋刃38、39触碰玻璃板10的相反的表面以轻柔地在锋刃之间挤压玻璃板，而不会损坏玻璃板(例如不在玻璃板的表面和/或边缘上产生划痕、刮擦、切割、划刻、或者以其他方式形成缺陷)。在一些实施方式中，用具有锋利边缘的工具30触碰玻璃板10且不在该玻璃板中形成缺陷包括触碰玻璃板，以使任何由于这种触碰而在玻璃表面内形成的裂纹从表面延伸入玻璃板内最多约2μm、最多约1μm、或最多约0.5μm。用具有锋利边缘的工具的锋利边缘触碰玻璃板能够有助于沿着切割线使应力集中在玻璃板内，以使玻璃板在到达分离温度时沿着切割线分离。附加地或替代地，避免在玻璃板中形成缺陷能够有助于防止玻璃板的不均匀的开裂或破裂。例如，这种不均匀的开裂或破裂可能会在玻璃板达到分离温度前从玻璃板中的刻痕或划痕蔓延开来。

图3是一对对角切割器的一种实施方式的俯视图。在一些实施方式中，一对对角切割器40可被用作具有锋利边缘的工具。这对对角切割器40包含具有锋利边缘的钳口42。这对对角切割器40可按照上述具有锋利边缘的工具30的方式触碰玻璃板10，这可提供适当的设置，其足以产生初始裂纹，并且允许玻璃板沿着被加热元件16优先加热的区域分离。

本文所述的设备和方法可被用于切割合适的玻璃板，所述合适的玻璃板包括例如单层玻璃板或层压玻璃板，所述层压玻璃板可能由于存在于芯体层和包层中的应力而难以切割。玻璃板可基本上是平面的(例如平玻璃板)或非平面的(例如弯曲或成形的玻璃板)。如上所述，当在玻璃板10的点17被具有锋利边缘的工具30或一对对角切割器40轻轻固定的同时利用加热元件16加热玻璃板10时，玻璃板10会自发地在切割线13处分离。可将加热元件16加热至合适的温度，如约320℃。在约5～30秒的时间内，玻璃板10会自发地沿着优先加热的区域或切割线13分离。玻璃分离所需要的时间会由该玻璃的特性直接决定，并且会随着玻璃的种类而改变，根据玻璃的比例和厚度，玻璃分离所需要的时间是约5～30秒。

关于层压玻璃板，现在参照图4，图4示意性地图示了层压玻璃板100的一种实施方式的截面。层压玻璃板100通常包含玻璃芯体层102和一对玻璃包层104a、104b。应当注意的是，在另一些实施方式中，层压玻璃板可只包含一个玻璃包层，从而提供双层板。在另一些实施方式中，层压玻璃板可包含多个芯体层和/或包层，从而提供四层板、五层板或具有更多层的板。

仍然参照图4，玻璃芯体层102通常包含第一表面部分103a和与第一表面部分103a相反的第二表面部分103b。第一玻璃包层104a被熔合至玻璃芯体层102的第一表面部分103a，而第二玻璃包层104b被熔合至玻璃芯体层102的第二表面部分103b。玻璃包层104a、104b在没有任何配置在玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b之间的附加材料(如粘合剂、涂覆层)或任何被添加或配置以将各包层粘合至芯体层的非玻璃材料的条件下被熔合至玻璃芯体层102。因此，第一玻璃包层104a和/或第二玻璃包层104b被直接熔合至玻璃芯体层102或直接毗邻玻璃芯体层102。在一些实施方式中，层压玻璃板包含一个或多个配置于玻璃芯体层与第一玻璃包层之间和/或玻璃芯体层与第二玻璃包层之间的中间层。例如，这些中间层包含形成于玻璃芯体层与玻璃包层界面处的中间玻璃层和/或扩散层。扩散层可包含具有毗邻该扩散层的各层的组分的混杂区域。在一些实施方式中，层压玻璃板包含玻璃-玻璃层压件(例如原位熔合的多层玻璃-玻璃层压件)，其中，直接毗邻的玻璃层之间的界面是玻璃-玻璃界面。

在一些实施方式中，玻璃芯体层102由具有平均芯体热膨胀系数CTE_芯体的第一玻璃组合物形成，而玻璃包层104a、104b由不同的具有平均包层热膨胀系数CTE_包层的第二玻璃组合物形成。本文所用的术语“CTE”是指玻璃组合物在约20℃～约300℃的温度范围内的平均热膨胀系数。CTE_芯体可大于CTE_包层，这会导致玻璃包层104a、104b在不进行离子交换或热钢化的条件下处于压缩应力下。因此，层压玻璃板包含层压强化玻璃板。在另一些实施方式中，CTE_包层可大于CTE_芯体，这会导致芯体层102处于压缩应力下。

在一些实施方式中，层压玻璃板100可通过层压熔合拉制或熔合层压法来形成，例如美国专利号4214886所描述的方法，其通过引用结合入本文。

以图5为例，用于形成层压玻璃制品的层压熔合拉制设备200包含位于下等压槽(isopipe)或溢流分配器204上方的上等压槽或溢流分配器202。上溢流分配器202包含槽210，将熔融的玻璃包层组合物206从熔化器(未示出)补给至该槽210中。相似地，下溢流分配器204包含槽212，将熔融的玻璃芯体组合物208从熔化器(未示出)补给至该槽212中。在一些实施方式中，如本文所述，熔融的玻璃芯体组合物208的平均热膨胀系数CTE_芯体大于熔融的玻璃包层组合物206的平均热膨胀系数CTE_包层。

随着对槽212填充熔融的玻璃芯体组合物208，熔融的玻璃芯体组合物208从槽212中溢流出来，并流过下溢流分配器204的外成形表面216、218。下溢流分配器204的外成形表面216、218在根部或拉制线220处汇聚。因此，流过外成形表面216、218的熔融的玻璃芯体组合物208在下溢流分配器204的拉制线220处重新汇聚，从而形成层压玻璃制品的玻璃芯体层102。

与此同时，熔融的玻璃包层组合物206从形成于上溢流分配器202中的槽210中溢流出来并流过上溢流分配器202的外成形表面222、224。熔融的玻璃包层组合物206通过上溢流分配器202向外侧偏移，以使熔融的玻璃包层组合物206绕着下溢流分配器204流动，并与流过下溢流分配器的外成形表面216、218的熔融的玻璃芯体组合物208相接触，并熔合至熔融的玻璃芯体组合物，从而形成包围玻璃芯体层102的玻璃包层104a、104b。

在一些实施方式中，粘稠状态下的熔融的玻璃芯体组合物208与粘稠状态下的熔融的玻璃包层组合物206接触以形成层压玻璃板。在一些这样的实施方式中，如图5所示，玻璃带输送离开下溢流分配器204的拉制线220。玻璃带可通过包括例如重力和/或牵拉辊的合适的牵拉机制从下溢流分配器204上拉出。玻璃带随着其输送远离下溢流分配器204的同时被冷却。切断玻璃带以从该玻璃带上分离出玻璃窗格板。因此，玻璃窗格板是从玻璃带上切割得到的。在一些实施方式中，玻璃板包含玻璃带。在另一些实施方式中，玻璃板包含从玻璃带上切割得到的玻璃窗格板。

在一些实施方式中，按照本文所述的方式切断玻璃带。例如，将加热元件16、载体20和/或具有锋利边缘的工具30或对角切割器40配置成随着玻璃带一起移动，以按照本文所述的方式沿着切割线13切断该玻璃带。通过使加热元件16与玻璃带一起移动，可使加热元件保持毗邻于切割线13，以按照本文所述的方式对玻璃带的区域进行优先加热。相似地，通过使载体20和/或具有锋利边缘的工具30或对角切割器40与玻璃带一起移动，可沿着切割线13切断移动的带。在一些实施方式中，切割线13横向延伸跨越移动的带的宽度，以使沿着切割线的对移动的带的切断从该带上切割出窗格板。附加地或替代地，切割线13沿着移动的带的长度纵向延伸(从而例如能够除去移动的带上的厚边)。在各种实施方式中，本文所述的切割方法可被用于在成形作业过程中切断玻璃带、或作为成形作业后的后处理步骤切断玻璃窗格板。

如上文所述，熔融的玻璃芯体组合物208的平均热膨胀系数CTE_芯体可大于熔融的玻璃包层组合物206的平均包层热膨胀系数CTE_包层。所以，随着玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b的冷却，玻璃芯体层102与玻璃包层104a、104b之间热膨胀系数上的差异会在玻璃包层104a、104b中导致压缩应力。在没有离子交换处理或热钢化处理的情况下，压缩应力也会增加制得的层压玻璃制品的强度。用于玻璃芯体层102和玻璃包层104a、104b的玻璃组合物可包含但不限于以下文献所述的玻璃组合物：题为《高CTE的硼硅酸钾芯体玻璃和包含这种玻璃的玻璃制品》(High CTE Potassium Borosilicate Core Glasses and Glass Articles Comprising the Same)的PCT专利公开号WO 2013/130700、和题为《低CTE的不含碱金属的硼铝硅酸盐玻璃组合物和包含该玻璃组合物的玻璃制品》(Low CTE Alkali-Free Boroaluminosilicate Glass Compositions and Glass Articles Comprising the Same)的PCT专利公开号WO 2013/130718，这两项发明都转让给康宁有限公司(Coming Incorporated)并通过引用全文纳入本文。

即使常规的切割方法可能由于存在于芯体层102和该对玻璃包层104a、104b中的应力而无法对层压玻璃板100进行切割，本发明的方法也适用于按照如上所述的方式切割这种层压玻璃板100。

本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，且这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。