对多个制品进行边缘涂覆的方法与流程

相关申请的交叉参考

本申请根据35u.s.c.§119，要求2014年12月2日提交的美国临时申请系列第62/086284号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

本领域涉及对经受过弱化加工(例如分离和机械加工)的玻璃制品进行强化和保护。更具体地，本领域涉及通过对玻璃边缘施涂保护涂层来对玻璃边缘进行强化的工艺。

技术背景

在诸如玻璃之类的脆性材料中，破裂初始发生在材料中的瑕疵或显微裂纹处，然后快速传播通过材料。材料的挠曲强度与拉伸应力下的最大临界瑕疵有关。英格兰工程师alanarnoldgriffith建立了失效应力与裂纹尺寸之间的关系，其表述如下：

其中，σ是失效应力，y是取决于裂纹和样品几何形貌的常数，k1c是临界应力强度因子或断裂韧度，以及c是玻璃中的裂纹尺寸。根据等式(1)，随着裂纹尺寸的减小或者随着临界应力强度因子的下降，失效应力(即失效所需施加的应力)随之增加。

已知玻璃在新鲜形成的状态下是极为坚固的。但是，在形成之后施加到玻璃的工艺(例如，分离和机械加工)会在玻璃的边缘中诱发具有各种形状、尺寸和尺度的瑕疵(例如，碎片和裂纹)。这些瑕疵使得玻璃易于发生损坏，因为当玻璃处于高应力时或者当瑕疵造成直接影响时，瑕疵成为会引发破裂的失效位点。为了改善玻璃的抗撞击破坏性，可以向具有瑕疵的边缘施涂保护涂层。保护涂层会覆盖瑕疵，从而保护免受瑕疵的直接影响。

技术实现要素：

采用可接受的机械测试，已经证实边缘涂层保护了玻璃边缘免受撞击、碰撞和磨损。主要通过玻璃边缘顶部上的涂层厚度来控制保护。本公开内容揭示了一种在每次工艺循环中对数个部件进行边缘涂覆的方法，从而在不牺牲涂层性能的情况下增加产量。

在第一个方面，该方法涉及：制备包括多个制品的堆叠，所述多个制品间插入了间隔垫，在涂覆辊的表面上形成涂覆材料层，将堆叠的周界放置在相对于涂覆辊的表面的选定的涂覆间隙处，以及使涂覆材料从涂覆辊的表面转移到堆叠中的制品的周界边缘。

在第二个方面，方法如第一个方面所述，并且堆叠制备成使得间隔垫凹陷在堆叠内。

在第三个方面，方法如第二个方面所述，并且对涂覆材料的粘度以及每个间隔垫的厚度进行选择，从而使得当转移涂覆材料时，进入堆叠中的相邻制品之间的空间中的涂覆材料的溢流长度小于220微米。

在第四个方面，方法如第一至第三个方面中任一项所述，并且转移涂覆材料包括堆叠与涂覆辊之间的相对转动。

在第五个方面，方法如第四个方面所述，以及方法还包括在转移涂覆材料之前，对堆叠的边缘轮廓进行表征。

在第六个方面，方法如第五个方面所述，并且对堆叠的边缘轮廓进行表征包括使用位移传感器描绘堆叠中的每个制品的周界边缘。

在第七个方面，方法如第四个方面所述，并且形成涂覆材料层包括当涂覆辊转动时，将涂覆辊浸入涂覆材料池中。

在第八个方面，方法如第一至第七个方面中任一项所述，并且形成涂覆材料层包括控制涂覆辊的表面上的涂覆材料厚度。

在第九个方面，方法如第一至第八个方面中任一项所述，以及方法还包括在转移涂覆材料时，维持堆叠的周界与涂覆辊的表面之间所选择的涂覆间隙。

在第十个方面，方法如第一至第九个方面中任一项所述，涂覆材料是可固化涂覆材料，以及方法还包括对转移到制品的周界边缘的涂覆材料进行固化。

在第十一个方面，方法如第一至第十个方面中任一项所述，堆叠包括超过两个制品，以及堆叠中的至少两个制品的周界边缘同时从涂覆辊的表面接收涂覆材料。

在第十二个方面，方法如第一至第十个方面中任一项所述，堆叠中的所有制品的周界边缘同时从涂覆辊的表面接收涂覆材料。

在第十三个方面，方法如第一至第十二个方面中任一项所述，并且制备堆叠包括在堆叠周界处，对齐制品的周界边缘。

在第十四个方面，方法如第一至第十三个方面中任一项所述，并且可固化涂层材料包括硬涂覆材料。

在第十五个方面，方法如第一至第十四个方面中任一项所述，并且可固化涂覆材料包括二氧化硅颗粒。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都是示例性的并且是用来提供理解要求保护本发明的性质和特性的概述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。

附图说明

以下是结合附图进行的附图说明。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可以按比例放大显示或示意性显示。

图1显示包括制品的堆叠，所述制品间插有间隔垫。

图1a显示可用于形成图1的堆叠的对齐固定装置的俯视图。

图2显示与运动装置相连的图1的堆叠。

图3显示对图1的堆叠的边缘轮廓进行表征。

图4a显示用辊涂覆机对图1的堆叠进行涂覆。

图4b是堆叠和辊涂覆机的正视图。

图5显示涂覆材料在经涂覆的堆叠上的固化。

图6a显示对具有间隔薄垫的堆叠进行涂覆的毛细管作用。

图6b显示对具有间隔厚垫的堆叠进行涂覆情况下不含毛细管作用。

图6c显示涂覆材料溢流长度与间隔垫厚度的关系图。

图7a显示单部件涂覆的工艺容量指数。

图7b显示多部件涂覆的工艺容量指数。

具体实施方式

在一个示意性实施方式中，对制品的周界边缘进行涂覆的方法包括：形成其间插入了间隔垫的制品的堆叠。每个制品分别可以由脆性材料制成。在特定实施方式中，每个制品由玻璃或玻璃陶瓷制成。每个制品分别具有周界边缘，其中，术语“周界边缘”旨在表示沿着制品的周界的边缘表面。制品的周界边缘可能由于诸如分离和机械加工之类的工艺具有瑕疵。通常来说，堆叠会具有至少两个制品和至少一块间隔垫。堆叠中的制品越多，平均单位生产时间(也称作塔克特时间(takttime))越短。在一些例子中，堆叠可以具有超过10个制品。

图1显示示例性堆叠200，其具有制品202，制品202之间插有间隔垫204。制品202布置在堆叠200中，使得制品202的周界边缘202a与堆叠200的周界对齐。制品202和间隔垫204在堆叠200中以交替层的方式布置，使得任意两个相邻制品202之间没有物理接触。在一个实施方式中，通过表面张力，在堆叠200中将制品202和间隔垫204保持在一起。在其他实施方式中，可以采取其他措施来进一步固定堆叠200，例如通过夹具。

在任意两个相邻制品202之间可以使用一块或多块间隔垫204。间隔垫204可以由顺应性材料制造，从而间隔垫204的形状符合相邻制品202的形状。隔离垫204优选由不会对制品202的表面造成划痕或损伤的材料制造。例如，间隔垫202可以由聚合物材料制造，例如，丁基橡胶、硅酮、聚氨酯或者天然橡胶。间隔垫202可以由除了聚合物材料之外的其他材料制造，例如，磁性粘合剂材料以及静电粘合剂材料等。

在一个实施方式中，对间隔垫204进行选择，使得宽度小于制品202，这实现了将间隔垫204相对于制品202布置成使得间隔垫204的周界边缘204a凹陷到堆叠200内。这会防止间隔垫204干扰对制品202的周界边缘202a进行涂覆。间隔垫204的宽度是间隔垫202在与堆叠200的轴向轴l呈横向方向的最大尺度。可以对制品202之间的间隔垫204的厚度进行选择，以实现所需的涂覆性能。间隔垫204的厚度决定了沿着堆叠200的轴向轴l的相邻制品202的间距。

在一个实施方式中，在对齐固定装置的帮助下形成堆叠200。参见图1a，对齐堆叠可以包括将第一个制品202放入对齐固定装置300的量具(gage)中，以及将对齐固定装置300的旋钮(knob)302和棘轮停止器(ratchetstopper)304调节到合适的堆叠尺度。间隔垫204放在制品202的表面上，以及将另一个制品202放在间隔垫204上。重复间隔垫204和制品202的这种放置，直至堆叠200可以具有所需数量的制品202。最终，松开棘轮停止器304以释放堆叠200。该对齐过程会产生这样的堆叠200，其中，制品202的周界边缘在堆叠200的周界处是对齐(或齐平)的，从而可以同时对周界边缘进行加工。也可以使用对制品进行堆叠的其他合适方法。

在一个实施方式中，方法可以包括：将堆叠200连接到运动装置，其中，运动装置可以支撑堆叠200并且在方法的余下步骤期间，为堆叠200提供任意所需的运动。例如，图2显示用真空夹盘210固定堆叠200，所述真空夹盘210与运动装置212相连，所述运动装置212能够提供垂直运动、水平运动和转动运动中的至少一种。也可以使用除了真空之外的其他方式将堆叠200连接到运动装置。

在一个实施方式中，方法可以包括对堆叠200的边缘轮廓进行表征(或测量)。这种表征可以使用各种方法。在一个实施方式中，采用线性可变位移变压器(lvdt)传感器来表征边缘轮廓。图3显示lvdt传感器230安装到支撑体232上的测量布置的一个例子，所述支撑体232通过可枢转连接件236、238与安装块234相连。通常，(图中不可见的)弹簧机制使可枢转连接件236、238向上偏斜。与lvdt机制相对的是固定了堆叠200的运动装置212。为了表征堆叠200的边缘轮廓，使堆叠200与lvdt传感器230接触并且相对于lvdt传感器230发生转动。运动装置212的旋转致动部件212a为堆叠200提供转动运动。随着堆叠200转动，lvdt传感器230描绘出堆叠200的周界。通过使得可枢转连接件236、238向上偏斜的弹簧机制和堆叠200的垂直运动，维持了堆叠200的转动过程中，堆叠200与lvdt传感器230之间的接触。旋转致动器212a安装在垂直支撑体212b上，随着堆叠200相对于lvdt传感器230转动，所述垂直支撑体212b可以向上和向下移动，从而实现了堆叠200的垂直运动。lvdt传感器230包括布置在一系列的感应器中的铁磁芯，并且产生电输出，所述电输出与该一系列的感应器中的铁磁芯的物理位置成比例。堆叠200的边缘轮廓的表征可涉及对堆叠200中的选定的一个制品或者堆叠200中的所有制品的边缘轮廓进行测量。此外，也可以使用其他方法来表征堆叠200的边缘轮廓，例如基于光学的未接触式方法。

方法包括向堆叠200中的制品202的周界边缘施涂保护涂层。图4a和4b显示涂覆设备的一个例子，所述涂覆设备具有装纳了涂覆材料272的容器270和转动的涂覆辊274。马达273为涂覆辊274提供所需的转动。涂覆材料272被涂覆辊274带起并且由手术刀片/开口276计量(即，涂覆辊274的表面274a上的涂覆材料272的层厚度由手术刀片/开口276控制)。为了向堆叠200中的制品202的周界边缘施涂涂层，堆叠200的周界放置成与涂覆辊274的表面274a相邻。在一个实施方式中，在涂覆过程期间，涂覆辊274的表面与堆叠200的周界之间的间隙(本文称作“涂覆间隙”)可以小于或等于涂覆辊272的表面上的涂覆材料272的厚度。在一个实施方式中，堆叠200的转轴r1与涂覆辊274的转轴r2对齐并且与其平行。当堆叠200与涂覆辊274相对于彼此转动时，堆叠200中的制品202的周界边缘被涂覆了涂覆材料272。为了维持涂覆辊274与堆叠200之间所需的涂覆间隙，堆叠200可以根据测得的堆叠200的边缘轮廓数据进行垂直移动(或者以与转轴r1、r2呈横向的方向移动)。堆叠200中的制品的每个周界边缘的一部分长度或者整个长度可以涂覆涂覆材料272。涂覆辊274(沿着转轴r2测量的)长度可以略大于堆叠200的长度，从而可以同时涂覆堆叠200中的所有制品的所有周界边缘。或者，如果涂覆辊274比堆叠200短，则可以分段涂覆堆叠200。通常来说，涂覆辊274的每次通过会涂覆多个制品的周界边缘。

在一个例子中，涂覆材料272是可固化涂覆材料。在该情况下，如图5所示，方法可以包括采用例如紫外辐射源275或者热源来对施涂到经涂覆的堆叠200a的周界的涂覆材料272进行固化。为了避免撞击损坏，对于边缘保护通常优选硬(抗撞击)涂覆材料。硬涂覆材料的例子包括但不限于，丙烯酸类、环氧化物和透明聚酰亚胺。对于边缘保护，也可以使用软涂覆材料例如硅酮。在一个实施方式中，可以向涂覆材料加入二氧化硅颗粒以调节涂覆材料与制品的热膨胀系数(cte)比例(例如，如果制品是由玻璃制造的情况)。

在涂覆材料200固化之后，可以将经涂覆的堆叠200a返回到图3的测量设备或者不同的测量设备，用于对经涂覆的边缘轮廓进行表征。所得到的测量数据可用于确定边缘涂层是否均匀，并且确定需要对涂覆参数进行何种调节。在任意额外测量之后，可以拆开经涂覆的堆叠，并且可以对经过表面涂覆的制品进行其他精整工艺。

应该考虑涂覆材料粘度和毛细管效应，对堆叠200中所包含的间隔垫(图1中的204)的厚度进行选择。图6a显示当间隔垫280过薄时所发生的毛细管效应，即显示涂覆材料282被提升进入由制品202之间的薄间隔垫280所产生的窄间隔284中。此类毛细管效应会导致涂覆材料溢流到制品的非边缘表面，导致非边缘表面的不均匀或者不合乎希望的涂覆。对比而言，图6b显示制品202之间较厚的间隔垫280a不存在毛细管效应。

出于示意性目的，图6c显示对于1500cps的涂覆材料，涂覆材料的溢流长度与间隔厚度的关系。溢流长度是流到玻璃表面的涂覆材料(或者相邻制品之间的间隔中的涂覆材料柱的高度；参见图6a的h)。当间隔垫仅1.0mm厚时，溢流长度大于250微米。图6c显示增加间隔垫厚度会减小溢流长度。

通常来说，较厚的间隔垫会具有较低的毛细管效应。出于大规模生产的目的，较薄的间隔垫会实现在一个批次中堆叠更多的制品。希望最小化毛细管效应的同时最大化工艺塔可特时间。在一个实施方式中，小于220微米的涂料溢流长度提供了毛细管效应与塔可特时间之间的良好折衷。

图7a显示单部件涂覆的工艺容量指数。在单部件涂覆工艺中，没有制造制品堆叠，并且每次工艺循环仅涂覆了一个制品。图7b显示采用上文所述方法的多部件涂覆的工艺容量指数。在多部件涂覆中，制造了制品堆叠，并且每次工艺循环涂覆了数个制品。从图7a和7b可以观察到，多部件涂覆的性能与单部件涂覆的性能是相当的。多部件涂覆的工艺容量指数是1.4165，而单部件涂覆的工艺容量指数是1.4111。多部件涂覆的工艺容量指数表明每百万的缺陷可能性约为3000片，这与单部件涂覆的缺陷可能性是相类似的。因此，相比于单部件涂覆，采用多部件涂覆可以显著减少工艺塔可特时间，而不造成任何明显的涂覆性能损失。

尽管已经参考有限数量的实施方式描述了本发明，但是受益于本公开的本领域技术人员可以理解能够在不背离本发明所揭示的范围的前提下进行其他的实施方式。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书限定。