专利名称：用于平面材料的成型模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在平面玻璃上形成凸纹结构的成型模具，该成型模具由一个基模和一个置于其上并带有凸纹结构成型表面的可分型模组成。
对于一些精密应用来说，特别是在光学玻璃领域中，具有精密凸纹结构的平面玻璃是非常需要的。这种类型的玻璃例如是新一代平面显示屏的显示玻璃片(等离子体显示板，PDP；等离子体寻址液晶板，PALC)。在这些平面显示屏玻璃中，微沟槽结构被用来控制单个的行或列，这些行或列在整个有源显示屏的宽度和高度上延伸并且通过放电将其内的等离子体点亮。各单个沟槽的两侧边由垂直台阶构成，其宽度应尽可能小(＜100μm)。为了获得足够的放电量，台阶的高度明显要大于其宽度。台阶的间距应尽可能小。目前在小批量生产中，有代表性的间距值处在360μm和640μm之间。就此而言，当宽度为50μm到100μm时，台阶的高度大约为150μm到250μm。
对这些平面显示屏玻璃进行凸纹结构成型过程中，例如对于一个25″-PALC屏幕的例子，所说平面显示屏玻璃具有的尺寸为360mm×650mm，为了后来给电极定位，完全依靠沟槽的精确侧向几何尺寸和相关的定位精度及再现精度，对此将完全取决于成型模具的形状稳定性。例如当使用传统的铬-镍-钢模具进行热成型加工时，其膨胀系数大约为12×10-6／K。例如在模具长度为360mm情况下，如25″PALC-显示屏所需的模具，所得结果是至少每K的温度波动产生大约4μm的长度变化。由此可见，电极在微沟槽中所需的定位精度就可能处在±10μm的范围内，也就是说，在凸纹结构型模中±2．5K的温度波动就会造成明显的问题。在较大显示屏情况下，例如42″-显示屏，所允许的温度波动相应地小一些。
带有精密凸纹结构的平面玻璃的其它应用中也存在类似的问题。
使用开头所述的成型模具可以通过两种具有代表性的方法把凸纹结构成形在平面玻璃上。第一种方法是热成型，在这种方法中，在平面玻璃的一面上把已加热的带有其凸纹结构成型表面的成型模具压入可能也被同样加热的玻璃材料中，并在玻璃表面形成凸纹结构。
在第二种方法中，在成型模具的凸纹结构成型表面上的凹痕被填上一种糊状材料，在此，这种材料在与玻璃表面接触时被涂在其上并且完全硬化。这种方法通常是在相应的供热条件下进行的。
然而，在这两种方法中，模具凸纹结构成型表面的磨损都很严重，在要求细小的凸纹结构蚀刻情况下，需要不断地以很大的改装成本彻底更换昂贵的成型模具。
开头所述的成型模具在DE-PS 111 216和US-PS1，261，939中已经为人所知，由于模具的磨损发生在凸纹结构成型表面上，它们避免了不断地彻底更换昂贵的成型模具。
这些文献揭示一种带有用于在平面玻璃上形成凸纹结构的凸纹结构成型表面的成型模具，该成型模具由一个基模(在DE-PS 111 216中，它是轧辊或轧制板或者是压板，在US-PS1，261，939中，它是“滚筒”)和一个置于其上并带有凸纹结构成型表面(在DE-PS中，它是织物或编织物，而在US-PS中，它是“板材”196)的可分型模组成。
在此，在有磨损的情况下，只需用相当少的改装成本来更换可分型模，由此便降低了用于凸纹结构平面玻璃的模具制造费用并同时也降低了生产成本。
在DE-PS中，所说轧制板或压板通常是用金属制成的，也就是说，它们的导热性良好且热膨胀率高，相对来说，织物或编织物的型模导热性则很小而且热膨胀系数很低。对于US-PS来说，就无所谓了。这里的“滚筒”和“板材”两者通常都是用金属制成的。
为了使用已知的成型模具进行热成型，需要以不利的高能量消耗方式对整个成型模具进行预热。由于基模由一种高导热性和高膨胀率的材料制成，而型模由一种低导热性和低膨胀率的材料制成，因此已知的成型模具会受到高的热膨胀的影响。
本发明的任务在于，提出制造上述成型模具的方法，即在成型模具的预热过程中尽可能地减少热膨胀的影响并且尽可能地降低能耗。
根据本发明，成功完成这一任务的方式在于，所说基模由一种具有低导热性和低膨胀率的材料制成，而所说型模则由一种具有较高导热性的材料制成。
按照本发明所述成型模具的构成形式，可以得到很大的优点，即基模的温度可以维持很低，而有利的是只需从外部对型模进行加热。与同样需要对基模进行加热的情况相比，这种方式明显地减少了所需的能量。热能可以通过激光、电、感应或其他适宜的方式提供。
此外，在本发明成型模具中，由于只需对型模进行加热，因此热膨胀的影响明显减小。
由于型模与基模分离，所说基模可以由一个轧辊或一个凸模构成，因此对于基模来说还可以使用一种热膨胀率低而耐磨性高的材料，例如一种专用陶瓷材料，如铝基轴承合金。选择可分型模时，可以考虑到一些其他的因素，例如与玻璃的最小粘贴活性、高耐磨性、高耐热性和高导热性，例如象铬-镍-钢或铂-金-合金所具有的那些性能。
根据本发明的一种布置，所说型模由一种具有相应凸纹结构的薄板构成，该薄板实施起来很容易并且很有效。
根据本发明的另一种布置，特别的优点是，具有凸纹结构的板材部件以可松脱形式固定在基模上并且还可以从其上退绕到平面玻璃上。在一种以如此形式构成的模具中，在基模的滚动过程中，所说型模可以从基模上退绕下来，在热成型过程中，压入玻璃中或者用所填充的糊状物压在玻璃上，同时在凸纹结构完全硬化过程中都停留在平面玻璃上。
与有关的模具相比，由于可分型模的热容量很小，因此所形成的凸纹结构能够很快地冷却下来，这样有利于这些凸纹结构的精确成型。
所说基模在此最好由一个轧辊构成，这样通过成型模具的滚动能够很容易地进行大面积凸纹结构的成形。
除了具有凸纹结构的板材部件之外，所说型模还可以这样构成，即把一种带状材料以一定的间隔固定在一个辊状基模上。这样一种成型模具允许带材间的间隙中有以简单方式设置的线形凸起。
如果根据本发明的另一种形式，以一定的间隔、以转轴平行于用作基模的轧辊的方式设置一个第二辅助辊，并且所说带状材料以一定的间隔可退绕地反复缠绕着两个轧辊，所说带状材料处于连续导入和导出状态。与退绕下来的板材部件相似，在两轧辊之间的所说型模在凸纹结构中停留一定的时间以使其稳定下来并阻止结构融解。
下面将借助在附图中描述的实施例来进一步阐述本发明的其他布置和结构。
其中
图1是利用本发明型模的通过激光器加热的凸纹结构成型表面在平面玻璃上对凸纹结构进行热成型的装置的原理图，所说型模被紧靠在一个基模上。
图2是带有一个基模和一个可分型模的成型模具的实施形式的放大视图。
图3是根据图2的由两个部分组成的成型模具，它具有一个作为基模的轧辊和一个作为型模部件的围绕着该轧辊的穿孔板。
图4是与图3相对应的由两个部分组成的成型模具，图中，以穿孔板形式存在的型模部件在基辊的滚动过程中从其上退绕下来，压入玻璃中，并且在冷却阶段停留在玻璃上。
图5是带有一个基辊的由两个部分组成的成型模具，一根带状材料呈螺旋状反复地缠绕着所说基辊。
图6是带有两个由作为型模的带状材料反复缠绕且其转轴平行的轧辊的成型模具，其中一个是基辊。
图6A是图6的一种扩展形式，有一个用于张紧带状材料的张紧辊，它用于补偿型模在加热过程中的热膨胀。
图1显示的是一种用于在平面玻璃3上对精密凸纹结构进行热成型方法的装置，在这里精密凸纹结构是沟槽形式的，这些沟槽用台阶隔开，在本实施例中，所说平面玻璃3是一块用于带有微沟槽凸纹结构的显示屏的平面玻璃。所说装置有一个加热的成型模具1，它带有一个可分的凸纹结构成型表面2，该成型模具在力F的作用下在平面玻璃3的表面上压入到玻璃材料中，以便由此形成所需的精密凸纹结构。所说装置还具有反作用力支柱4，用来平衡作用在玻璃板3上的力F。在此，在与玻璃表面接触之前不久和／或其间，首先从外部局部地在凸纹结构成型表面2直至凸纹结构的深度所规定的表面深度上将所说成型模具1加热至一定温度，以致在与玻璃贴合时，使其熔化形成凸纹结构。在本实施例中，从外部局部地对凸纹结构成型表面2进行的加热是借助一个激光器5把一束激光束穿过平面玻璃3射到成型模具1的凸纹结构成型表面2上完成的。还可以换用一种电感或电阻加热器。通过仅局部地在凸纹结构成型表面2上引入热能，其优点是，可以避免对模具和平面玻璃进行完全加热。
选择所说激光器5，使它产生的激光束对玻璃来说，穿透率应尽可能高，也就是说，激光束不对玻璃进行加热，而凸纹结构成型表面2则应加热至这样一种温度，即在与玻璃贴合时使其熔化的温度。
适宜作激光源的例如有Nd-YAG-激光器(波长1064nm)和高功率二极管激光器(波长大约800nm)。为了正确地引入激光束，必要的是要采取一些措施来将激光束引导到模具1或其可分离的凸纹结构成型表面2上，如图1概述的那样，这对专业人员来说是在能力范围内的事。
有利的是，本文开头所述成型模具1的高模具磨损相关联的高制造成本和高改装成本可以通过这样的方式避免，即，如特别在图2中清晰所见的那样，成型模具1唯一受到磨损的凸纹结构成型表面2由一个可分离的型模7构成，该可分型模以可松脱的形式固定在基辊6上。如图所描述的那样，该型模可以由不同类型的结构件构成。根据图2，在本实施例中，设置成一块带凸纹结构的薄板7，该薄板具有一些与待成形台阶一致的通孔7b，与此同时，如图2概述的那样，在基模6的表面上设有与通孔7b相对应的凸起7c，用来对板材进行定位。在显示屏玻璃的实际应用中，这种结构比直接成形的单件模具结构要容易制造一些。所说构成凸纹结构成型表面2的薄板的厚度可以是大约50μm至600μm，对显示应用来说，最好是大约100至250μm。在板材上构成台阶所需的通孔7b(切口)的间距大约为150-750μm。还可以设置凹穴来取代在板材部件7上的通孔7b，如应用于压力加工技术中的杯突。
基模6与型模7或2分开的另一个优点还在于在玻璃3成型之后，所说型模7可以停留在玻璃中，直到其冷却下来。这种方法随后还将借助图4进一步阐述。和传统的整个模具停留在玻璃的凸纹结构上相比，由于型模的热容量小，因此可以很快地冷却下来。特别是在与通孔组合的型模情况下，如在图2中所示的板材7情况下，由于通孔补偿了板材的热膨胀，因此在冷却过程中，玻璃3与成型模具1之间的应力也减小了。
型模7的松脱可以通过凸纹结构成型表面2的凸起部分的锥度来协助进行。
还可以在不更换基模的情况下，将受到磨损的衬垫板材7换掉。为此设置了多种特殊的快速夹紧装置，随后还将对这些装置进行描述。
由于成型模具可以分离，也就是可以把凸纹结构板7从基模6上分离下来，所说基模6可以由一个轧辊或一个凸模构成，因此其优点是，对于基模6来说可以使用一种热膨胀率低而耐磨性高的材料，例如一种专用陶瓷材料。选择可分型模7时，可以考虑到一些其他的因素，例如与玻璃的最小粘贴活性、高耐磨性、高耐热性和高导热性，例如象铬-镍-钢或铂-金-合金所具有的那些性能。
因此可以考虑使用铝基轴承合金作为基模6的材料，这种材料的膨胀系数很低，为0．56×10-6／K。与使用钢作为基模材料相比，在相同的允许长度波动情况下，大约允许20-倍的温度波动。这种铝基轴承合金材料的导热性还很小。同时对型模来说，可以使用一种导热性能良好的材料，例如一种在图2中所示的带有凸纹结构的板材部件，因此根据两件式模具的另一优点在于，从外面加热时，可以对规定的表面深度进行集中局部隔离的加热。同时还由于铝基轴承合金的导电性差，因此在用铝基轴承合金作基模6的材料时还可以用感应或电加热来代替图1中的激光器加热型模7。
对于由基模6和可分型模7组成的成型模具的构成来说，可以有各种各样的实施形式，下面借助图3和说明书对其中一些进行说明。图3显示的是一个由轧辊8构成的成型模具，它具有基模6和型模7，在此型模是一块如图2所示的穿孔板，该穿孔板借助一个夹紧装置9固定在基模6上。轧辊8的转轴10位置固定地安放在水平方向上。玻璃3以进给速度V在一定程度上从轧辊8下面通过，该轧辊按相应的箭头方向旋转并且在滚过平面玻璃3的表面时成形出所需的凸纹结构。在此所说轧辊8最好在垂直方向离开或进行受力控制，以便对进入玻璃的深度或糊状材料的成形进行控制。平面玻璃3的进给速度取决于轧辊的直径，为0．1-1m／min。
因此在利用低压的实施形式中，整个基模都与型模接触。为此相应利用低压的夹紧装置9可以保证把型模7平靠在基模6上。
为了保持辊轴10只能在如箭头所示的垂直方向上移动，专业人员可以想出许多可能的结构。为此还可以这样安排，即用一个一定大小的力F使轧辊压先靠在玻璃3上，该轧辊8仅在玻璃板3的进给运动作用下做旋转运动。当然也可以为辊轴10设置一个附加驱动装置。
图4显示的是借助轧辊8在以进给速度V做水平移动的平面玻璃3上成形出所需凸纹结构的另一种实施形式，相应于图3的布置，它与图3所示实施形式的不同之处在于，在轧辊8的滚动过程中，由具有凸纹结构板材7构成的型模从基模上退绕下来被压入到玻璃3中，并且在冷却阶段停留在其上。由此在冷却阶段使玻璃的凸纹结构具有机械稳定性(所说型模7避免了还处于熔化状态的玻璃的融解)，这种机械稳定性在传统的热成型工艺中是得不到的。在平面玻璃3上成形出凸纹结构之后，由于型模7相对于玻璃3来说有较大的热收缩，因此可以重新把冷却下来的型模7轻易地从成型的凸纹结构上取下来。型模7的凸起部分的锥度对其松脱是有益的。
图5描述了另一种实施形式，在此，所说型模不象图3和4那样由相关联的凸纹结构板材构成，而是由带状材料7a构成，呈螺旋状地缠绕在辊状基模6上。可以这样说，图5的实施形式描述的是图3实施形式的一种变化，其中，带状材料7a作为型模代替相关联的凸纹结构板材7，该带状材料7a从轧辊的一端开始沿着一条以螺旋形状成形的台阶缠绕着基辊6，所说台阶还用来控制带状材料的间隔。与图3的实施形式相比，不同之处在于，在基辊6上缠绕的带材之间存有间隙。然而图5的实施形式以这种方式很容易在平面玻璃3上成形出线形凸纹结构，正如在本文开头所述的平面显示屏上所成形的那样。
另一种实施形式，如图6所示，其中型模不是由相关联的板材，而是由与图5相对应的带状材料构成。在图5的实施形式中，所说带状材料固定在轧辊6上并且该轧辊6与带状材料一起完全滚过玻璃3的表面，图6显示了一种实施形式，其中，与图4相似，所说型模，即带状材料7a在玻璃熔化之后还要在待成形的凸纹结构中停留一段规定的时间。为了这一目的，按照一种已知的多刃锯，图6的实施形式设置了两个转轴平行的轧辊，一个基辊6和一个辅助辊11。所说基辊6设有与辊轴垂直的封闭环，用来引导带状材料7a，在基辊6的一端，所说带状材料沿箭头的方向导入，所说的封闭环还用来调整带状材料的间隔。所说基辊6的作用是把用来进行凸纹结构成型的带状材料7a压入到平面玻璃3中，以便在冷却阶段使其停留在玻璃3中以保持凸纹结构。由此在冷却阶段使玻璃的凸纹结构具有机械稳定性(不发生融解)，如在图4的实施形式中那样，在成形出凸纹结构之后，借助于与基辊6转轴平行的辅助辊11把冷却下来的成型带材7a从成型的凸纹结构上取下来。这个辅助辊11最好没有凸纹结构以便能够对基辊6可能的温度差异及由此产生的长度差异进行补偿。在该辅助辊11的一端，所说带状材料沿所示箭头的方向导出。还可以实现多根带材的导入和导出。
权利要求
1．一种成型模具(1)，它用来在平面玻璃(3)上形成凸纹结构，该成型模具由一个基模(6)和一个置于其上并带有凸纹结构成型表面(2)的可分型模(7，7a)组成，其特征在于所说基模(6)由一种具有低导热性和低膨胀率的材料制成，而所说型模(7，7a)则由一种具有较高导热性的材料制成。
2．根据权利要求1的成型模具，其特征在于所说基模(6)用一种专用陶瓷材料，如铝基轴承合金制成。
3．根据权利要求1或2的成型模具，其特征在于所说型模(7)由一块具有凸纹结构的板材部件构成，该板材部件具有用于成型的通孔(7b)或凹穴。
4．根据权利要求3的成型模具，其特征在于所说的板材部件的厚度为50μm至600μm，最好为100μm至250μm。
5．根据权利要求4的成型模具，其特征在于所说通孔(7b)或凹穴的间隔在150μm至750μm范围内。
6．根据权利要求3至5之一的成型模具，其特征在于具有凸纹结构的板材部件(7)以可松脱形式固定在基模(6)上。
7．根据权利要求6的成型模具，其特征在于具有凸纹结构的板材部件(7)以可以从基模(6)上退绕下来的形式固定在其上。
8．根据权利要求1至7之一的成型模具，其特征在于所说基模(6)具有一个用来把型模(7)固定在基模上的凸起(7c)。
9．根据权利要求1至8之一的成型模具，其特征在于所说基模(6)是一个轧辊。
10．根据权利要求9的成型模具，其特征在于所型模(7)由一条缠绕在由轧辊构成的基模(6)上的带状材料(7a)构成。
11．根据权利要求10的成型模具，其特征在于构成基模的辊具有一个螺旋形台阶形式的用来为带状材料导向的导向凸起。
12．根据权利要求11的成型模具，其特征在于减去50μm至100μm的台阶宽度，所说带材(7a)的宽度在150μm至750μm范围内，最好是200μm至600μm。
13．根据权利要求10至12之一的成型模具，其特征在于带材相互间的间隔大约为20μm至120μm。
14．根据权利要求9至13之一的成型模具，其特征在于在成型模具(1)中，以一定的间隔、以转轴平行于用作基模(6)的轧辊的方式设置一个第二辅助辊(11)，并且所说带状材料(7a)通过由垂直于辊轴的封闭环构成的导向凸起以一定的间隔可退绕地缠绕着两个轧辊(6，11)，所说带状材料处于连续导入和导出状态。
15．根据权利要求14的成型模具，其特征在于作为基辊(6)的轧辊至少设有一个带状材料的导入装置，而所说辅助辊(11)则至少设有一个带状材料(7a)的导出装置。
16．根据权利要求14或15的成型模具，其特征在于为了张紧环绕基辊(6)和辅助辊(11)运行的带状材料(7a)，还设有一个附加张紧辊(12)。
17．根据权利要求1至16之一的成型模具，其特征在于型模(7)凸纹结构成型表面(2)的凸起部件具有锥度以便更好地将其从平面玻璃的成型凸纹结构中松脱出来。
全文摘要
本发明涉及一种在平面玻璃上成型凸纹结构的模具,该两件式模具由一个总可使用的基模(6)和一个置于其上的、在磨损时才更换的且带有凸纹结构成型表面(2)的型模(7)组成。还可以有一定的自由度来选择不同的材料制作模具的两个部分。因此,例如基模可以用一种热膨胀率或导热性低的材料制成,而所说型模则由一种导热性高的材料制成。使用本发明的模具可以避免通常的模具由于凸纹结构成型表面直接制造在模具体上,使凸纹结构成型表面磨损,而必须经常更换成型模具的缺点。
文档编号C03B13/16GK1204570SQ9810821
公开日1999年1月13日 申请日期1998年3月28日 优先权日1997年3月29日
发明者H·奥斯滕达普, M·帕施 申请人:肖特玻璃制造厂