<Desc/Clms Page number 1>
Bombage de feuilles de verre
La présente invention concerne les techniques mises en #uvre pour le bombage de feuilles de verre comportant des couches fonctionnelles qui en modifient le comportement notamment dans les traitements thermiques auxquels elles sont soumises.
Le comportement des feuilles de verre soumises à un traitement thermique conduisant au bombage de celles-ci, est fonction de leurs caractéristiques vis-à-vis des flux thermiques auxquelles elles sont exposées. Ces flux sont radiatifs, convectifs et de conduction en proportions très inégales, et fonction du mode de bombage utilisé. Il reste que, dans la majorité des cas, une part très importante de l'énergie transmise, l'est par radiation.
Lorsque ces feuilles sont parfaitement homogènes sur toute leur surface, les seules variations de conditions auxquelles elles sont soumises proviennent de leur environnement dans les installations de traitement. Il est parfois difficile de garantir une parfaite uniformité de ces conditions sur la totalité de la surface des feuilles, et ce d'autant plus qu'elles sont de dimensions plus grandes.
Par ailleurs il n'est pas toujours souhaité de maintenir une parfaite uniformité des conditions de traitement sur toute la surface des feuilles. Des différences sont ainsi souvent recherchées et favorisées, pour conduire à des effets modulés selon les parties des feuilles concernées, par exemple pour les parties devant subir des courbures plus accentuées. Dans ce cas des dispositions sont prises dans les installations de bombage pour assurer localement les apports thermiques nécessaires à ces traitements différenciés.
Il s'agit en particulier de moyens de chauffage localisés sur les zones des feuilles de verre devant subir des courbures particulièrement accentuées, et que, pour cette raison, il est souhaitable de "surchauffer". Il s'agit aussi de moyens ayant pour objet de compenser certaines irrégularités dans la distribution des flux thermiques sur les feuilles, dues aux contraintes notamment liées à la structure du four ou à la position des feuilles par rapport aux moyens de chauffage de ce four. Dans les techniques de bombage par gravité dans lesquelles les feuilles sont placées sur un cadre on utilise par exemple des "masses thermiques", autrement dit des éléments associés aux cadres, et dont le rôle est d'absorber localement une partie des flux thermiques, réduisant de ce fait l'énergie absorbée par le verre.
<Desc/Clms Page number 2>
La présence de revêtements émaillés localisés sur les vitrages automobiles, est aussi un facteur de déséquilibre thermique. L'émail de couleur sombre absorbe beaucoup plus que le verre non revêtu. Les différences se traduisent par une surchauffe locale que l'on peut compenser en particulier par l'usage des masses thermiques indiquées ci-dessus. Si en dépit des moyens mis en #uvre, les vitrages peuvent présenter quelques défauts de formage du fait de la présence de ces zones émaillées, ils se localisent dans des emplacements, au bord des vitrages, où ils ne constituent pas une gêne excessive.
Le problème lié à des vitrages n'offrant pas des propriétés uniformes sur toute leur surface est beaucoup plus gênant lorsque les parties du vitrage concernées se situent dans les zones dont les propriétés sont réglementées, notamment celles qui doivent être totalement exemptes d'obstacle à la vision.
Pour de nombreuses applications, notamment pour certains vitrages "automobile", les feuilles de verre bombées comportent des couches minces fonctionnelles, en particulier des couches qui modifient les propriétés vis-à-vis des rayonnements électromagnétiques, et notamment des infrarouges. Ce sont notamment les couches qui réfléchissent les rayonnements infrarouges pour limiter l'échauffement des véhicules exposés au soleil. Les couches en question sont composées d'un ensemble comportant au moins une couche réfléchissant les infrarouges, le plus souvent une couche métallique, notamment à base d'argent, couche qui est protégée par des couches minces diélectriques.
Pour obtenir des couches fonctionnelles parfaitement uniformes sur toute la surface des feuilles, l'application est faite sur les feuilles de verre planes.
Cette application peut être réalisée soit directement à la sortie des lignes de production du verre, soit le plus fréquemment, et notamment pour toutes les applications nécessitant la mise en #uvre d'installations de dépôt sous vide, du type "magnétron", en reprise des feuilles de verre préalablement produites.
Les diverses fonctionnalités conférées aux vitrages automobile, conduisent cependant à prévoir des zones dépourvues des couches modifiant le comportement vis-à-vis des rayons électromagnétiques. Sur le pare-brise, c'est le cas par exemple de l'emplacement du détecteur de pluie lorsque celui-ci comprend l'utilisation d'un rayonnement infrarouge émis et reçu par le détecteur.
C'est le cas aussi de tous les récepteurs d'ondes électromagnétiques, détecteur de radar, fenêtre pour dispositif de télé-péage, récepteur pour téléphone, antennes pour fréquence radio etc...Pour toutes ces applications la présence de couches métalliques sur les vitrages constitue un obstacle à une bonne transmission, et requièrent donc la mise en place de zones dépourvues du revêtement métallique.
Dans le processus de fabrication traditionnel, la formation de ces
<Desc/Clms Page number 3>
zones est effectuée soit par masquage au moment du dépôt, soit par suppression localisée sur la feuille préalablement uniformément revêtue. Le masquage est un mode relativement contraignant, et ne permet pas la réalisation de motifs de très petites dimensions. En particulier, la réalisation de motifs formés d'ensembles de lignes de très petite largeur n'est pas possible par masquage. L'enlèvement après dépôt, notamment par ablation chimique, mécanique ou par rayonnement laser, permet des opérations diversifiées en terme de dimensions ou de formes.
Le bombage des feuilles de verre comportant des couches réfléchissant le rayonnement infrarouge, pose des problèmes divers. Les principales difficultés sont liées à la fragilité relative des couches aux conditions thermiques imposées par le bombage. Mais les inventeurs ont été confrontés également à l'apparition de défauts de formage des feuilles de verre.
La présence simultanée sur la feuille de larges zones couvertes par les couches réfléchissant les infrarouges, et d'autres zones sur lesquelles ces couches sont absentes, est apparue aux inventeurs comme la cause de certains de ces défauts de formage.
Les inventeurs sont partis de la constatation de ce que l'apport thermique aux températures correspondant au ramollissement du verre, c'est à dire à des températures supérieures à 500 C, s'effectue essentiellement par rayonnement infrarouge. Dans ces conditions des différences sensibles de température peuvent apparaître localement entre les zones revêtues de couches réfléchissant les infrarouges, et celles qui sont dépourvues de ce revêtement. Ces différences, suivant les configurations, peuvent atteindre, ou même dépasser plusieurs dizaines de C. Il n'est donc pas étonnant que ces différences puissent se traduire par des effets sur le formage des feuilles.
Il est vrai que ces défauts sont dans la pratique d'autant moins faciles à détecter que le bombage des feuilles est moins accentué et que les surfaces concernées par l'enlèvement de la couche sont en proportions plus limitées. Néanmoins les constructeurs automobile sont toujours plus exigeants.
Les vitrages, qu'ils comportent ou non des couches avec ou sans parties non revêtues, ne doivent présenter aucun défaut notamment dans les zones de vision réglementée. Au-delà des exigences réglementaires, la perfection du bombage est aussi d'ordre esthétique. Enfin certains détecteurs ou éléments fonctionnels disposés derrière les vitrages sont d'une telle sensibilité que leur bon fonctionnement requiert une absence totale de défaut. La proportion croissante des vitrages comportant des bombages très accentués, conduit à faire apparaître des différences dans le formage, différences que les inventeurs ont pu associer au fait que les parties non revêtues de la couche réfléchissante ne se comportent pas
<Desc/Clms Page number 4>
dans les fours de bombage de la même manière que le reste du vitrage.
Les inventeurs se sont donnés pour but de faire en sorte que les vitrages automobile comportant dans leur constitution finale des zones offrant des caractéristiques non uniformes sur toute leur surface, vis-à-vis des rayonnements, n'aient pas de défaut résultant de ce manque d'uniformité, même lorsqu'ils présentent des courbures très accentuées.
La solution à ce problème, proposée par les inventeurs, est, pour des vitrages à couche au moins partiellement opaques (que ceci résulte de la réflexion ou de l'absorption) aux rayonnements infrarouges, qui doivent présenter des parties exemptes de cette couche, de procéder dans un premier temps au bombage complet sur les feuilles comportant une couche uniforme, et une fois le bombage achevé, dans un deuxième temps, d'éliminer la couche sur les parties qui doivent en être dépourvues.
Les moyens utilisés pour l'enlèvement localisé de la couche peuvent varier en fonction notamment du dessin des zones qui doivent être dépourvues de la couche en question. Si des moyens d'abrasion mécanique peuvent être utilisés pour réaliser des motifs présentant une certaine étendue, d'autres types de moyens sont nécessaires lorsque les motifs sont sous forme de lignes de très petite largeur.
Par ailleurs, une des difficultés de procéder selon l'invention, est de devoir effectuer l'enlèvement localisé de la couche sur une surface courbe, dont l'incurvation peut être relativement forte. Dans ces conditions l'élimination de la couche par des moyens mécaniques ou chimiques se heurte à des difficultés évidentes. Sur des vitrages à forte courbure, l'enlèvement par des moyens mécaniques n'est réalisable que dans la mesure où le dessin de la zone dépourvue de couche est relativement simple. Il en est de même dans un mode d'enlèvement chimique, sauf à mettre en oeuvre des techniques de photogravure pour constituer un motif dans une couche protectrice formant écran, laquelle est éliminée après que le motif ait été réalisé par attaque chimique.
Pour les motifs simples et des vitrages pas trop bombés, des moyens mécaniques tels que l'enlèvement par brossage, le cas échéant avec l'aide de masques peut être envisagé. On peut aussi utiliser des roues associées ou non à des matériaux pulvérulents abrasifs.
L'enlèvement chimique à l'aide de pochoirs ou d'écrans du type de ceux servant en sérigraphie est aussi possible pour autant que les courbures restent modérées. L'application de produits corrodant la couche peut encore être réalisée par projection, au moyen de techniques du type "jet d'encre".
Les inventeurs ont montré que l'opération d'enlèvement localisé de
<Desc/Clms Page number 5>
la couche pouvait avantageusement être obtenue au moyen de faisceaux laser.
Dans la suite de la description il est fait référence particulièrement à l'enlèvement au moyen de lasers, en raison de la commodité d'adaptation de cette technique aux différentes configurations géométriques rencontrées dans la mise en #uvre de l'invention, qu'il s'agisse de la complexité du motif, ou que la forme du vitrage soit particulièrement complexe. L'invention ne se limite cependant pas à ce type de moyens. Elle englobe au contraire tous les moyens susceptibles de réaliser l'enlèvement localisé d'une couche revêtant un vitrage préalablement bombé.
Le choix du laser pour l'élimination localisée de la couche, permet de s'affranchir de certaines difficultés liées à la forme bombée traitée. Les moyens utilisés pour produire le faisceau laser d'ablation ne sont pas en contact avec la surface, même si leur localisation doit tenir compte de la forme de la feuille traitée.
Le fait de procéder à l'ablation sur des surfaces non planes impose en effet quelques précautions. Le faisceau laser, pour présenter le maximum d'efficacité, doit être convenablement focalisé au point de l'enlèvement. La courbure de la feuille traitée nécessite donc que la source laser soit en tout point à distance pratiquement constante du point sur lequel s'effectue l'impact, ou au moins, que l'écart par rapport à cette distance reste dans des limites étroites bien contrôlées. En conséquence, dès que la courbure devient relativement accentuée, il est préférable de piloter les positions relatives de la feuille traitée et de la source du rayonnement laser au moyen d'un ou plusieurs robots, qui orientent le faisceau et assurent une distance constante.
Le plus habituellement, c'est la source laser qui est portée par le robot dans la mesure où ses dimensions rendent sa mobilité relativement aisée. Néanmoins, il est possible de la même manière, de porter la feuille par le bras d'un robot qui oriente et déplace celle-ci par rapport à une source laser immobile.
L'enlèvement local de la couche est conduit point par point. La réalisation de zones dépourvues de couche est obtenue en déplaçant le point d'impact de proche en proche jusqu'à couvrir toute la zone en question.
De préférence, la puissance du laser et l'étendue du faisceau au point de convergence présentant la puissance la plus élevée, sont choisies de manière à conduire à un traitement aussi rapide que possible. L'opération doit s'inscrire dans les cycles de production sans introduire de durée supplémentaire, et sans nécessiter la multiplication des stations de traitement. La vitesse de traitement est donc un facteur important de l'économie du procédé.
La commodité du traitement conduit de préférence à un seul
<Desc/Clms Page number 6>
balayage de la surface à traiter. Les points d'impact étant de forme sensiblement circulaire, un certain recouvrement est nécessaire pour l'enlèvement de la couche sur la surface d'un motif s'étendant dans deux dimensions.
La structure du rayonnement fait que l'énergie est normalement plus élevée au centre de celui-ci. La distribution d'énergie dans la section de ce rayonnement est de type gaussien, maximum au centre et décroissant rapidement sur les bords du rayonnement. Cette structure a pour conséquence que la dimension de la couche éliminée au point d'impact, est non seulement fonction de la section du rayonnement, mais aussi de la puissance délivrée dans le plan de cet impact. Un rayon large mais peu énergétique, peut conduire à un enlèvement limité à une zone centrale de dimension bien moindre que celle de la section de ce rayonnement. Inversement, un faisceau très énergétique peut produire un enlèvement sur la totalité de la section au point d'impact.
Compte tenu des dispositifs usuels commercialisés, l'impact aù point de focalisation présente ordinairement des dimensions "efficaces" qui ne dépassent pas 200 .
Les caractéristiques du rayonnement sont choisies de sorte que la puissance dégagée et sa localisation élimine la couche sans modifier de manière sensible les caractéristiques et notamment l'état de surface du substrat verrier.
On sait que des faisceaux laser sont employés dans différentes opérations dans l'industrie du verre. Par exemple des lasers sont proposés comme outils de découpe des feuilles. Les caractéristiques de ces outils ne conviennent bien évidemment pas pour l'ablation des couches minces envisagées selon l'invention. Des lasers ont aussi été proposés pour marquer le verre. Ces modes de mise en oeuvre sont bien évidemment exclus selon l'invention. Il est impératif que le traitement laisse intact le substrat verrier. En particulier les caractéristiques mécaniques, mais aussi optiques de ces substrats doivent être conservées de façon pratiquement inchangée.
On sait que les verres usuels sont transparents à certaines longueurs d'ondes. Autrement dit, pour ces longueurs d'onde, les rayonnements ne dissipent que très peu d'énergie dans le verre. Il est donc particulièrement souhaitable pour ne pas risquer d'endommager le substrat verrier de choisir de tels lasers.
Les figures jointes illustrent les caractéristiques de transmission, absorption et réflexion de feuilles de verre.
La figure 1 est typique des caractéristiques optiques d'une feuille de verre silico-sodo-calcique "float" clair, en fonction de la longueur d'onde du rayonnement incident. La feuille considérée est de 2,lmm d'épaisseur.
Sur cette figure 1 on remarque la faible proportion de rayonnement
<Desc/Clms Page number 7>
réfléchi (2) sur toute la gamme des longueurs d'onde. On remarque aussi que le verre absorbe (3) peu les infrarouges proches (700 à 2500nm). L'absorption dans l'infrarouge ne devient significative que pour les longueurs d'onde supérieures à 2700nm (hors des limites du graphique). Corrélativement la transmission (1) est élevée, de l'ordre de 90%, sur toute la gamme des longueurs d'onde représentée.
La figure 2 illustre de la même façon le comportement d'une feuille de 2,lmm d'épaisseur, revêtue d'une couche réfléchissant les infrarouges. La couche en question est à base d'argent. Elle est du type décrit dans le brevet EP 0 336 257.
La transmission (4) de la feuille revêtue décroît très rapidement pour les longueurs d'onde supérieures à 800nm. Inversement, la réflexion augmente rapidement pour l'infrarouge, que le rayonnement incident soit sur la face revêtue (5), ou sur la face opposée (6). L'absorption est, bien entendu, très faible lorsque le rayonnement est dirigé sur la face portant la couche (8). Elle est de l'ordre de 15 à 20% lorsque le rayonnement est dirigé sur l'autre face (7).
Ces caractéristiques sont significatives, pour les conditions dans lesquelles le bombage des feuilles peut être entrepris. Elles interviennent également dans le choix des conditions d'enlèvement de la couche lorsque celuici est réalisé au moyen de lasers.
Le brevet US 5,728,994 illustre en particulier l'usage de laser de ce type pour l'enlèvement localisé d'une couche opaque disposée sur un substrat verrier. Dans ce brevet le but poursuivi est la formation d'un motif transparent, susceptible de former des images lumineuses. Ce brevet propose en particulier l'utilisation d'un laser de type Nd : YAG dont la longueur d'onde est de 1064nm. Il est précisé que pour ces longueurs d'onde les rayonnements sont peu absorbés par le verre. D'autres lasers sont aussi indiqués, qui présentent les mêmes caractéristiques vis-à-vis du verre, en particulier Nd : YLF de longueur d'onde de 1047 à 1053nm, Nd : verre à 1060nm, Nd : YAP à 1080nm, Ho : YLF à 2060nm, Ho :YAG à 2100nm, Tm :YAG à 2020nm.
Ces lasers peuvent être utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention. On utilise de préférence des lasers Nd : vanadates. Ces derniers permettent de garder des puissances d'impulsion efficaces à haute fréquence.
De façon générale les lasers utilisés doivent de préférence avoir une longueur d'onde telle que l'absorption dans le verre reste limitée pour ne pas en modifier les caractéristiques. Pour obtenir un enlèvement efficace le rayonnement présente avantageusement une longueur d'onde comprise entre 500 et 2500nm, et de préférence de 700 à 1500 nm.
Le choix d'un laser dont la longueur d'onde et les caractéristiques
<Desc/Clms Page number 8>
physiques font en sorte que l'interaction avec le verre soit suffisamment faible pour n'entraîner aucune modification significative. Ceci présente l'avantage de pouvoir procéder à l'ablation le rayonnement étant dirigé soit du côté de la couche soit du coté de la feuille qui ne porte pas la couche réfléchissante. De manière préférée, le faisceau laser est dirigé à travers la feuille de verre sur la couche réfléchissante. Elle est préférée dans la mesure où ce mode d'enlèvement permet d'éliminer plus complètement les constituants de la couche.
Dans la mise en #uvre de l'invention, la puissance du faisceau est maintenue à une valeur qui n'est pas supérieure à 106J/s et de préférence pas supérieure à 105J/s. Avantageusement la puissance n'est pas inférieure à 103J/s.
La fréquence des impulsions est choisie de manière à obtenir le meilleur compromis d'efficacité de l'enlèvement.
La puissance appliquée par unité de surface peut être encore réglée en focalisant le faisceau convenablement. Le choix des dimensions du point d'impact à pour autre conséquence de déterminer la vitesse de traitement pour une surface donnée. Une particularité de l'emploi de lasers pour l'enlèvement de la couche est de permettre la formation de motifs qui peuvent être de dimensions aussi petites qu'il est nécessaire. En particulier, l'usage du laser permet de réaliser l'ablation de la couche selon des lignes indécelables à l'#il, par exemple dont la largeur peut être de l'ordre de quelques micromètres.
La focalisation des faisceaux est avantageusement réalisée sur la couche à enlever pour concentrer la puissance en ce point. Un écart entre le point de focalisation et la couche est, bien entendu, possible. Il en résulte néanmoins une diminution de la puissance par unité de surface. En pratique, il est préférable de maintenir cet écart inférieur à 15mm, et de façon plus avantageuse inférieure à 5mm.
Compte tenu des courbures des vitrages les plus usuellement produits, il est nécessaire de prévoir des moyens garantissant le maintien du point de focalisation dans les limites indiquées ci-dessus. Des vitrages de grandes dimensions ont en effet souvent des flèches d'une dizaine de centimètres ou même plus. Si l'enlèvement doit être pratiqué par exemple sur la périphérie de tels vitrages, on comprend qu'il est nécessaire de régler la distance de façon sensiblement constante. De même pour les vitrages dont certaines courbures sont particulièrement accentuées, tels que les pare-brise dits panoramiques, il est nécessaire de faire en sorte que l'angle d'incidence du faisceau soit maintenu sensiblement constant.
Un écart de quelques degrés est également possible, mais le maintien de l'incidence conditionne à la fois la focalisation et la surface couverte par le faisceau. Un écart trop important doit donc être évité pour ne pas
<Desc/Clms Page number 9>
compromettre l'efficacité du traitement.
Pour maintenir les positions géométriques relatives du vitrage et de la source laser les plus adéquates, on utilise avantageusement un robot qui permet une adaptation à toutes les géométries des vitrages traités. Le plus souvent la source laser sera portée par le robot.
Le mode de production de vitrages bombés comportant une couche réfléchissant les infrarouges est décrit de façon plus détaillée dans les exemples suivants.
Dans une série d'essais préalables, des pare-brise feuilletés sont bombés de manière traditionnelle par gravité sur cadres. Les deux feuilles superposées sont passées simultanément dans le four de bombage. La face de la feuille inférieure numérotée II, suivant la dénomination traditionnelle, est revêtue d'une couche réfléchissant les infrarouges. Cette couche à base d'argent est du type décrit dans le brevet EP 0 336 257.
Le vitrage final présente à l'emplacement destiné à recevoir le capteur de pluie (à 200mm du bord supérieur du vitrage, et dans l'axe médian) 22mm de flèche. La courbure dans la direction orthogonale est moins accentuée.
Les conditions établies conduisent à un vitrage répondant aux caractéristiques nominales, sans défaut optique décelable suivant les tests usuels.
Pour cela les distorsions optiques en réflexion, à l'emplacement considéré, mesurées en millidioptries, sont de l'ordre de 2000.
Pour le même vitrage une autre série d'essais est effectuée. Cette fois la feuille revêtue de la couche réfléchissant les infrarouges, comporte une zone de 45mm de diamètre, dépourvue de la couche et destinée à recevoir le capteur de pluie. Cette zone est obtenue par masquage mécanique lors du dépôt de la couche.
Les vitrages sont bombés dans les conditions précédentes. La mesure en réflexion fait apparaître cette fois une distorsion correspondant à une valeur de 5000 millidioptries, nettement supérieure à celle obtenue précédemment. A ce niveau l'irrégularité de forme à l'emplacement dépourvu de couche par rapport au reste du vitrage est sensible. Cette déformation locale de la forme bombée n'est pas acceptée par les constructeurs.
Les feuilles obtenues avec un revêtement uniforme de la couche réfléchissant les infrarouges, et qui ne comportent pas de défauts, sont alors soumises à l'enlèvement par laser dans le conditions suivantes.
On utilise une source laser Nd :vanadate de puissance 16w. Les durées d'impulsion sont courtes pour avoir la puissance de pic la plus élevée.
Dans l'essai réalisé, la durée d'impulsion est de l'ordre de 10ns.
<Desc/Clms Page number 10>
Le faisceau est focalisé sur un point de 200 de diamètre. Compte tenu des dimensions limitées de la zone traitée dans le cas de l'exemple, la distance de la feuille à la source reste dans les limites en question n'influe pas sur les conditions de traitement.
L'élimination locale de la couche dans ce dernier cas n'occasionne aucune modification du bombage. On conserve donc 2000 millidioptries en réflexion comme sur les parties du vitrage avoisinant la zone ainsi dépourvue de couche. Il n'y a aucun défaut lié à la présence de cette zone.
Par ailleurs dans les conditions de ces essais, on détermine par fluorescence X, l'efficacité de l'enlèvement de la couche. Avant enlèvement la couche présente de l'ordre de 198mg/m2 d'argent. Après l'enlèvement dans les conditions indiquées précédemment, la même mesure fait apparaître une teneur qui est inférieure à 2mg/m2. Autrement dit la couche est totalement éliminée. Ceci est confirmé par la mesure de transmission dans la zone ainsi traitée. Après enlèvement la transmission lumineuse dans cette zone s'établit à environ 86%, ce qui correspond à la transmission en l'absence de couche.
Une autre série d'essais est effectuée sur un pare-brise comportant le même type de couche que précédemment. Cette fois l'élimination de la couche correspond à un réseau de lignes formant un quadrillage s'étendant sur un carré de 180xl80mm. Ce motif est destiné à transmettre les ondes radars à un détecteur embarqué. Les lignes dans ce cas sont suffisamment étroites pour qu'elles ne soient pratiquement pas perceptibles à l'#il nu. La largeur des lignes est de moins de 0,1mm. L'espacement horizontal et vertical entre les lignes est de 1mm.
Sur le verre bombé comportant la couche uniformément disposée sur le vitrage, à l'emplacement destiné à recevoir ce quadrillage, la distorsion optique est mesurée inférieure à 100millidioptries en transmission.
Si l'on procède à la formation de l'enlèvement avant bombage, on observe une distorsion très supérieure, de l'ordre de 400millidioptries, qui constituent encore une fois un défaut par rapport au reste du vitrage dans la zone considérée. Si l'on effectue l'enlèvement sur le vitrage bombé, aucune déformation n'est introduite.
Dans ce second cas la finesse les lignes sont formées au moyen du même laser mais en focalisant le faisceau de telle sorte que les lignes d'enlèvement de la couche présentent une largeur de 90micromètres. On remarque dans ce cas que le laser est particulièrement bien adapté à la formation de motifs aussi fins. Une opération de masquage, est dans ce cas particulier pratiquement impossible.
<Desc / Clms Page number 1>
Bending of glass sheets
The present invention relates to the techniques used for the bending of glass sheets comprising functional layers that modify their behavior, especially in the heat treatments to which they are subjected.
The behavior of glass sheets subjected to a heat treatment leading to the bending thereof, is a function of their characteristics vis-à-vis the thermal flows to which they are exposed. These flows are radiative, convective and conduction in very unequal proportions, and function of the bending mode used. The fact remains that, in the majority of the cases, a very important part of the energy transmitted, it is by radiation.
When these leaves are perfectly homogeneous over their entire surface, the only variations of conditions to which they are subjected come from their environment in the treatment facilities. It is sometimes difficult to guarantee perfect uniformity of these conditions over the entire surface of the leaves, especially since they are larger in size.
Moreover, it is not always desirable to maintain a perfect uniformity of the treatment conditions over the entire surface of the leaves. Differences are thus often sought and favored, to lead to effects modulated according to the parts of the sheets concerned, for example for the parts to undergo more pronounced curvatures. In this case, arrangements are made in the bending installations to locally provide the thermal inputs necessary for these differentiated treatments.
These are in particular heating means located on the areas of the glass sheets to undergo particularly sharp curvatures, and that for this reason, it is desirable to "overheat". It is also a means for compensating for certain irregularities in the distribution of heat fluxes on the sheets, due to constraints particularly related to the structure of the oven or the position of the sheets relative to the heating means of the oven. In gravity-bending techniques in which the sheets are placed on a frame, use is made, for example, of "thermal masses", in other words elements associated with the frames, the role of which is to locally absorb part of the thermal fluxes, reducing hence the energy absorbed by the glass.
<Desc / Clms Page number 2>
The presence of enamelled coatings located on automotive glazing, is also a factor of thermal imbalance. Dark enamel absorbs much more than uncoated glass. The differences result in local overheating which can be compensated in particular by the use of the thermal masses indicated above. If despite the means implemented, the glazing may have some form defects due to the presence of these enamelled areas, they are located in locations at the edge of the glazing, where they do not constitute excessive discomfort.
The problem of glazing which does not offer uniform properties over their entire surface is much more troublesome when the parts of the glazing concerned are located in the areas whose properties are regulated, in particular those which must be completely free from obstacles to vision.
For many applications, particularly for certain "automotive" glazing, curved glass sheets comprise thin functional layers, in particular layers that modify the properties with respect to electromagnetic radiation, and especially infrared radiation. In particular, the layers reflect infrared radiation to limit the heating of vehicles exposed to the sun. The layers in question are composed of an assembly comprising at least one infrared reflective layer, most often a metal layer, in particular based on silver, which layer is protected by thin dielectric layers.
To obtain perfectly uniform functional layers over the entire surface of the leaves, the application is made on flat glass sheets.
This application can be carried out either directly at the output of the glass production lines, or most frequently, and especially for all applications requiring the implementation of vacuum deposition installations, of the "magnetron" type, in recovery. previously produced glass sheets.
The various functionalities conferred on automotive glazing, however, lead to the provision of zones devoid of layers that modify the behavior with respect to electromagnetic rays. On the windshield, this is the case for example of the location of the rain sensor when it includes the use of infrared radiation emitted and received by the detector.
This is also the case for all the receivers of electromagnetic waves, radar detector, window for toll device, receiver for telephone, antennas for radio frequency, etc. For all these applications the presence of metal layers on the glazing is an obstacle to good transmission, and therefore require the establishment of areas free of metal coating.
In the traditional manufacturing process, the formation of these
<Desc / Clms Page number 3>
zones is performed either by masking at the time of deposition, or by localized deletion on the sheet previously uniformly coated. Masking is a relatively restrictive mode, and does not allow the realization of reasons of very small dimensions. In particular, the realization of patterns formed of sets of lines of very small width is not possible by masking. The removal after deposition, in particular by chemical, mechanical or laser ablation, allows various operations in terms of dimensions or shapes.
The bending of the glass sheets comprising layers reflecting the infrared radiation, poses various problems. The main difficulties are related to the relative fragility of the layers to the thermal conditions imposed by the bending. But the inventors have also been confronted with the appearance of defects in the forming of glass sheets.
The simultaneous presence on the sheet of large areas covered by the infrared reflecting layers, and other areas on which these layers are absent, appeared to the inventors as the cause of some of these forming defects.
The inventors have started from the observation that the thermal contribution to the temperatures corresponding to the softening of the glass, that is to say at temperatures above 500 ° C., is carried out essentially by infrared radiation. Under these conditions, significant differences in temperature can occur locally between the areas coated with infrared reflective layers, and those that are devoid of this coating. These differences, depending on the configurations, can reach or even exceed several tens of C. It is therefore not surprising that these differences can be translated into effects on leaf forming.
It is true that these defects are in practice all the less easy to detect that the bending of the leaves is less accentuated and that the surfaces concerned by the removal of the layer are in more limited proportions. Nevertheless car manufacturers are always more demanding.
Glazing, whether or not they contain layers with or without uncoated parts, must not have any defects, particularly in areas of restricted vision. Beyond the regulatory requirements, the perfection of the bending is also aesthetic. Finally, some detectors or functional elements disposed behind the glazings are of such sensitivity that their proper functioning requires a complete absence of defects. The increasing proportion of glazings with very pronounced bulges leads to the appearance of differences in the forming, differences which the inventors have been able to associate with the fact that the parts not coated with the reflective layer do not behave.
<Desc / Clms Page number 4>
in the bending furnaces in the same way as the rest of the glazing.
The inventors have set themselves the goal of ensuring that automotive glazing with zones in their final constitution which have non-uniform characteristics over their entire surface, with respect to radiation, have no defects resulting from this lack. uniformity, even when they have very pronounced curvatures.
The solution to this problem, proposed by the inventors, is, for at least partially opaque layer glazing (that this results from the reflection or absorption) infrared radiation, which must have parts free of this layer, proceed initially to complete bending on the sheets having a uniform layer, and once the bending is completed, in a second step, to eliminate the layer on the parts which must be deprived of it.
The means used for the localized removal of the layer may vary depending in particular on the design of the areas which must be devoid of the layer in question. If mechanical abrasion means can be used to make patterns having a certain extent, other types of means are necessary when the patterns are in the form of lines of very small width.
Furthermore, one of the difficulties of proceeding according to the invention is to perform the localized removal of the layer on a curved surface, whose curvature can be relatively strong. Under these conditions the elimination of the layer by mechanical or chemical means faces obvious difficulties. On high curvature glazing, removal by mechanical means is feasible only to the extent that the design of the area without a layer is relatively simple. It is the same in a chemical removal mode, except to use photoengraving techniques to form a pattern in a protective screen layer, which is removed after the pattern has been made by etching.
For simple reasons and glazing not too curved, mechanical means such as removal by brushing, if necessary with the help of masks can be considered. It is also possible to use wheels associated or not with pulverulent abrasive materials.
Chemical removal using stencils or screens of the type used for screen printing is also possible as long as the curvatures remain moderate. The application of products corroding the layer can still be performed by projection, using techniques of the "inkjet" type.
The inventors have shown that the localized removal operation of
<Desc / Clms Page number 5>
the layer could advantageously be obtained by means of laser beams.
In the remainder of the description, reference is made particularly to the removal by means of lasers, because of the adaptability of this technique to the different geometrical configurations encountered in the implementation of the invention, which it the complexity of the pattern, or the shape of the glazing is particularly complex. The invention is however not limited to this type of means. On the contrary, it encompasses all the means capable of achieving the localized removal of a layer covering a previously convex glazing.
The choice of the laser for the localized elimination of the layer makes it possible to overcome certain difficulties related to the curved shape treated. The means used to produce the ablation laser beam are not in contact with the surface, although their location must take into account the shape of the treated leaf.
Ablation on non-planar surfaces imposes some precautions. The laser beam, to present the maximum efficiency, must be properly focused at the point of removal. The curvature of the treated sheet therefore requires that the laser source be at all points substantially constant distance from the point on which the impact is made, or at least that the deviation with respect to this distance remains within narrow limits well controlled. Consequently, as soon as the curvature becomes relatively accentuated, it is preferable to control the relative positions of the treated sheet and the source of the laser radiation by means of one or more robots, which direct the beam and ensure a constant distance.
Most usually, it is the laser source that is carried by the robot to the extent that its dimensions make its mobility relatively easy. Nevertheless, it is possible in the same way, to carry the sheet by the arm of a robot that directs and moves it relative to a stationary laser source.
Local removal of the layer is conducted point by point. The creation of zones without a layer is obtained by moving the point of impact step by step until it covers the whole area in question.
Preferably, the power of the laser and the range of the beam at the point of convergence having the highest power, are chosen so as to lead to a treatment as fast as possible. The operation must be part of production cycles without introducing additional time, and without requiring the multiplication of treatment stations. The processing speed is therefore an important factor in the economics of the process.
The convenience of treatment preferably leads to a single
<Desc / Clms Page number 6>
sweeping the surface to be treated. Since the impact points are substantially circular in shape, some overlap is required for the removal of the layer on the surface of a pattern extending in two dimensions.
The radiation structure means that the energy is normally higher in the center of it. The energy distribution in the section of this radiation is of Gaussian type, maximum in the center and decreasing rapidly on the edges of the radiation. This structure has the consequence that the size of the layer removed at the point of impact, is not only a function of the radiation section, but also the power delivered in the plane of this impact. A wide radius but low energy, can lead to a removal limited to a central area much smaller than the section of this radiation. Conversely, a very energetic beam can produce a removal over the entire section at the point of impact.
Given the usual devices marketed, the focus point impact usually has "effective" dimensions that do not exceed 200.
The characteristics of the radiation are chosen so that the power released and its location eliminates the layer without significantly modifying the characteristics and in particular the surface condition of the glass substrate.
It is known that laser beams are used in various operations in the glass industry. For example, lasers are proposed as leaf cutting tools. The characteristics of these tools are obviously not suitable for the ablation of the thin films envisaged according to the invention. Lasers have also been proposed to mark the glass. These modes of implementation are obviously excluded according to the invention. It is imperative that the treatment leave the glass substrate intact. In particular, the mechanical as well as optical characteristics of these substrates must be kept substantially unchanged.
It is known that conventional glasses are transparent at certain wavelengths. In other words, for these wavelengths, the radiation dissipates very little energy in the glass. It is therefore particularly desirable not to risk damaging the glass substrate to choose such lasers.
The attached figures illustrate the characteristics of transmission, absorption and reflection of glass sheets.
Figure 1 is typical of the optical characteristics of a clear "float" silico-soda-calcium glass sheet, depending on the wavelength of the incident radiation. The leaf considered is 2.1 mm thick.
This figure 1 shows the low proportion of radiation
<Desc / Clms Page number 7>
reflected (2) over the entire range of wavelengths. We also note that the glass absorbs (3) little near infrared (700 to 2500nm). The absorption in the infrared becomes significant only for wavelengths greater than 2700nm (outside the limits of the graph). Correlatively the transmission (1) is high, of the order of 90%, over the entire range of wavelengths represented.
Figure 2 similarly illustrates the behavior of a 2.1 mm thick sheet coated with an infrared reflective layer. The layer in question is silver-based. It is of the type described in patent EP 0 336 257.
The transmission (4) of the coated sheet decreases very rapidly for wavelengths greater than 800 nm. Conversely, the reflection increases rapidly for the infrared, whether the incident radiation is on the coated face (5), or on the opposite face (6). The absorption is, of course, very low when the radiation is directed on the face carrying the layer (8). It is of the order of 15 to 20% when the radiation is directed on the other side (7).
These characteristics are significant for the conditions in which the bending of the leaves can be undertaken. They are also involved in the choice of layer removal conditions when it is achieved by means of lasers.
US Pat. No. 5,728,994 illustrates in particular the use of laser of this type for the localized removal of an opaque layer disposed on a glass substrate. In this patent, the aim is to form a transparent pattern capable of forming luminous images. This patent proposes in particular the use of an Nd: YAG type laser whose wavelength is 1064 nm. It is specified that for these wavelengths the radiation is little absorbed by the glass. Other lasers are also indicated, which have the same characteristics vis-à-vis the glass, in particular Nd: YLF wavelength of 1047 to 1053nm, Nd: glass at 1060nm, Nd: YAP at 1080nm, Ho: YLF at 2060nm, Ho: YAG at 2100nm, Tm: YAG at 2020nm.
These lasers can be used for the implementation of the invention. Nd: vanadate lasers are preferably used. These allow to keep pulse powers effective at high frequency.
In general, the lasers used should preferably have a wavelength such that the absorption in the glass remains limited so as not to modify the characteristics thereof. In order to obtain efficient removal, the radiation advantageously has a wavelength of between 500 and 2500 nm, and preferably of 700 to 1500 nm.
The choice of a laser whose wavelength and characteristics
<Desc / Clms Page number 8>
physical conditions ensure that the interaction with the glass is sufficiently weak to cause no significant change. This has the advantage of being able to proceed to ablation the radiation being directed either on the side of the layer or on the side of the sheet that does not carry the reflective layer. Preferably, the laser beam is directed through the glass sheet on the reflective layer. It is preferred in that this mode of removal makes it possible to eliminate more completely the constituents of the layer.
In the implementation of the invention, the power of the beam is maintained at a value which is not greater than 106 J / s and preferably not greater than 105 J / s. Advantageously, the power is not less than 103J / s.
The frequency of the pulses is chosen so as to obtain the best compromise of efficiency of the removal.
The power applied per unit area can be further adjusted by focusing the beam properly. The choice of the dimensions of the point of impact has the other consequence of determining the speed of treatment for a given surface. A peculiarity of the use of lasers for the removal of the layer is to allow the formation of patterns which can be of as small dimensions as is necessary. In particular, the use of the laser makes it possible to ablate the layer in undetectable lines, for example, whose width may be of the order of a few microns.
Focusing the beams is advantageously performed on the layer to be removed to concentrate the power at this point. A gap between the focus point and the layer is, of course, possible. However, this results in a decrease in the power per unit area. In practice, it is preferable to maintain this difference less than 15 mm, and more advantageously less than 5 mm.
Given the curvatures of the most commonly produced glazing, it is necessary to provide means to ensure the maintenance of the focus point within the limits indicated above. Large windows often have arrows of about ten centimeters or even more. If the removal is to be performed for example on the periphery of such glazings, it is understood that it is necessary to adjust the distance substantially constant. Similarly for glazing with certain curvatures are particularly accentuated, such as so-called panoramic windshields, it is necessary to ensure that the angle of incidence of the beam is kept substantially constant.
A difference of a few degrees is also possible, but the maintenance of the incidence conditions both the focus and the area covered by the beam. Too large a gap must be avoided to avoid
<Desc / Clms Page number 9>
compromise the effectiveness of the treatment.
In order to maintain the relative geometrical positions of the glazing and the laser source that are the most appropriate, a robot is advantageously used which makes it possible to adapt to all the geometries of the treated glazings. Most often the laser source will be carried by the robot.
The method of producing curved glazing having an infrared reflecting layer is described in more detail in the following examples.
In a series of preliminary tests, laminated windshields are curved in the traditional way by gravity on frames. The two superposed sheets are passed simultaneously into the bending furnace. The face of the lower sheet numbered II, according to the traditional name, is coated with an infrared reflective layer. This silver-based layer is of the type described in patent EP 0 336 257.
The final glazing has the location to receive the rain sensor (200mm from the upper edge of the glazing, and in the central axis) 22mm arrow. The curvature in the orthogonal direction is less accentuated.
The conditions established lead to a glazing meeting the nominal characteristics, without optical defect detectable according to the usual tests.
For this, the optical distortions in reflection, at the location considered, measured in millidioptries, are of the order of 2000.
For the same glazing another series of tests is carried out. This time the sheet coated with the infrared reflecting layer has an area of 45mm in diameter, devoid of the layer and intended to receive the rain sensor. This zone is obtained by mechanical masking during the deposition of the layer.
The windows are curved in the previous conditions. The measurement in reflection shows this time a distortion corresponding to a value of 5000 millidioptries, much higher than that obtained previously. At this level the irregularity of shape at the location devoid of layer relative to the rest of the glazing is sensitive. This local deformation of the convex shape is not accepted by the builders.
Sheets obtained with a uniform coating of the infrared reflective layer, and which are free of defects, are then subjected to laser removal under the following conditions.
An Nd: vanadate laser source of power 16w is used. Pulse times are short to have the highest peak power.
In the test carried out, the pulse duration is of the order of 10 ns.
<Desc / Clms Page number 10>
The beam is focused on a point of 200 of diameter. Given the limited dimensions of the treated area in the case of the example, the distance from the sheet to the source remains within the limits in question does not affect the processing conditions.
The local elimination of the layer in the latter case does not cause any modification of the bending. Thus 2000 millidioptries are kept in reflection as on the parts of the glazing near the zone thus deprived of layer. There is no fault related to the presence of this area.
Moreover, under the conditions of these tests, the efficiency of the removal of the layer is determined by X-ray fluorescence. Before removal, the layer has an order of 198 mg / m 2 of silver. After removal under the conditions indicated above, the same measurement shows a content that is less than 2 mg / m2. In other words, the layer is totally eliminated. This is confirmed by the measurement of transmission in the area thus treated. After removal, the light transmission in this area is approximately 86%, which corresponds to the transmission in the absence of a layer.
Another series of tests is performed on a windshield with the same type of layer as before. This time the elimination of the layer corresponds to a network of lines forming a grid extending over a square of 180x180mm. This pattern is intended to transmit the radar waves to an onboard detector. The lines in this case are sufficiently narrow so that they are practically not perceptible to the naked eye. The width of the lines is less than 0.1mm. The horizontal and vertical spacing between the lines is 1mm.
On the curved glass having the layer uniformly disposed on the glazing, in the location intended to receive this grid, the optical distortion is measured less than 100 milli-imide in transmission.
If we proceed to the formation of the removal before bending, there is a much higher distortion, of the order of 400millidioptries, which is once again a defect compared to the rest of the glazing in the area. If the removal is carried out on the curved glazing, no deformation is introduced.
In this second case the fineness lines are formed by means of the same laser but by focusing the beam so that the lines of removal of the layer have a width of 90 microns. Note in this case that the laser is particularly well suited to the formation of such fine patterns. In this particular case, a masking operation is practically impossible.