CN101128332B - 包含两个组成部分的装饰窗组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种塑料窗组件(10)，包括一个基本透明的塑料屏板(12)和一个附着在塑料屏板(12)周围的不透明的塑料框架(14)，塑料框架(14)包围和限定了屏板的有效可视区域。框架(14)的一个过渡台阶(27)从屏板(12)的表面向上延伸到框架的一个凸起表面。在屏板的有效可视区域的表面上提供一个图像(18)。为了印出图像以使图像的外缘延伸到由过渡台阶(27)和屏板(12)的第二表面的接合处限定的分界区(20)，要采用MIT印刷方法和专用的膜片结构。膜片包括变形凸版，使得图像转印到窗户组件上比较容易。

Description

包含两个组成部分的装饰窗组件及其制造方法
相关申请的引用
本申请要求2005年2月24日提交的美国临时申请60/655810的优先权。
技术领域
本发明总体涉及玻璃屏板(glazing panel)以及在汽车上应用的该屏板。更具体地，本发明涉及将图像转印到在玻璃屏板周边及周边邻近部位具有凸出部分的玻璃屏板上。
现有技术
塑性材料用于许多汽车工程应用中以改进车辆的式样。例如，聚碳酸酯目前用于制造B柱(B-pillar)盖、车灯和遮阳顶篷。透明塑性材料的新出现的用途就是汽车玻璃屏板的应用，例如窗户和全景顶棚系统。当用塑料制造汽车窗户或全景顶棚系统时，作为生产要求，这些窗户应保持一定的刚度。窗户的周边通常必须加强或支撑，以提高安装后的窗户或全景顶棚系统的刚度。另外，在塑料窗户和全景顶棚系统被包覆保护层使其抗划擦也是一项生产要求。
一种用于加强塑料窗户或全景顶棚系统周边的方法是在二次注塑方法中对窗户进行注模。这种特殊的注模方式公知的是双组份模制。更具体地，塑料屏板的透明部分典型地形成于透明树脂引入到模具(第一次注塑)的过程中。第二次注塑的料粒随后被引进到模具中，通常是沿着第一次注塑形成的塑料屏板的周围。第二次注塑将各种起作用的特性结合形成塑料屏板，例如肋、定位装置等。第二次注塑可以是相同或不同的树脂，透明或不透明均可，可以具有相同或不同的硬度，但是通过与塑料屏板熔融结合必须能够粘合到由第一次注塑形成的塑料屏板上。美国专利No.6764638公开了二次注塑的方法，在此引入作为参考。第二次注塑能够在透明屏板周围形成凸出的边框部分。
当双组份模制用于制造玻璃屏板、塑料窗户、顶棚系统或类似系统(这里统称为“塑料窗户”)时，必须解决的问题是能够在模制塑料屏板的透明部分上有效地施加边界图像、装饰或标志信息。有时，这些边界图像是用于隐藏或掩饰窗户组件的美学的瑕疵或支架结构。这种美学的瑕疵的一种形式是在塑料屏板上形成扭曲线。扭曲线通常平行于第二次注塑与第一次注塑形成的边界。根据引起瑕疵的原因，这种美学的瑕疵称作“画框(picture framing)”或者“窗口效应”。引起“画框”的原因是施加保护涂层，而“窗口效应”是由模制方法本身引起的。
在塑料屏板上进行印刷所存在的公知的问题是，作为塑料的模制特性的直接结果，这些屏板通常具有复杂的形状(凹的、凸的、空间曲率等)。丝网印刷是公知的商业方法，但受限于要印刷的表面形状的复杂性。要在除了“平的”基材之外的表面上应用丝网印刷，必须采用多个经修改的方法。其中的一个方法是模具内修饰(IMD)技术。在该技术中，印刷的图像通过丝网印刷施加到一个“平的”薄膜上。然后，该薄膜通过真空保持到模具的表面轮廓上，或者薄膜本省形成为与模具的表面相一致。在向模具中注射塑料材料时，薄膜成为模制品表面的一部分。另一种公知的印刷技术是膜片图像转印(MIT)印刷。将膜片置于印刷位置，在该印刷位置通过丝网印刷或相似技术将图像印到膜片上。印刷后的膜片移到转印位置。在转印位置，基材固定装置夹持基材，成形固定器使膜片成形，移动膜片使其与基材向接触。向该固定器组施加压力，以实现图像从膜片到基材的转印。一旦图像转印到基材上，释放施加的压力。美国专利No.6776100和美国专利No.6964226分别公开了MIT印刷的多个方面，在此引入作为参考。
虽然IMD和MIT印刷能用于将图像转印到复杂的形状上，但是，这些方法沿着窗户组件的表面将图像转印到邻近和正好对准台阶高度变化的区域的能力受到限制。上述方法的局限，是由于它们不具有沿着窗户组件的表面与台阶高度变化相一致的膜片。
从以上可以看出，需要一种克服现有技术的局限和缺点的系统、方法和产品。
发明内容
在克服现有技术的缺点和局限方面，本发明提供一种塑料窗户组件，包括：基本透明的塑料屏板，该屏板具有相对的第一表面和第二表面以及围绕该屏板延伸的周边区域；设置在屏板周围的框架，该框架由塑料形成，在屏板的周边区域附着到第二表面上，以限定位于框架中的屏板的有效可视区域，框架还具有这样的部分，该部分限定一个凸起表面和一个从屏板的第二表面向上延伸到框架的凸起表面的过渡台阶；在过渡台阶和由屏板的第二表面限定的平面的接合处周围限定的分界区；以及在屏板的有效可视区域内设置在第二表面上的装饰图像，该图像是不透明的，并具有位于紧邻分界区的外边界。
一方面，塑料窗户组件的过渡台阶限定一个约30至60度范围的角。更优选地，过渡台阶限定一个约45度的角。
虽然图像可以是多种图像，例如标志，在一个优选结构中，图像是一个淡化边界。图像优选是不透明的(non-transparent)，但是可以是不透光(opaque)或半透明的。
对于框架来说，优选为不透明的，更优选为不透光或半透明的。
对于结构的材料来说，框架和屏板优选均由聚碳酸酯或其它合适的材料制成。
在一个实施例中，框架形成一个位于分界区的唇缘，并限定一个与第二表面共面的表面。这种结构中，图像的外边界能够位于框架的唇缘上。
另一方面，本发明提供一种形成包含两个组成部分的窗户组件的方法。该方法包括以下步骤：模制窗户辅助组件，包括步骤：作为第一次注塑，注模形成一个具有相对的第一表面和第二表面的基本透明的屏板；作为第二次注塑，注模形成一个位于屏板周围的框架，以限定屏板的有效可视区域，并限定一个从第二表面延伸到框架的凸起表面的过渡台阶，该有效可视区域定位成具有由框架包围的分界边；提供一个具有图像转印表面的膜片，该膜片包括一个形成于其内的变形凸版；在膜片的图像转印表面上印刷图像；相对于窗户辅助组件将膜片和图像对准；使膜片成形为与窗户辅助组件的轮廓相一致，其中，变形凸版使得膜片的由变形凸版包围的区域比膜片的其它部分更容易变形；将图像从膜片转印到窗户辅助组件的屏板上。
本发明的另一方面，图像转印表面位于相对于膜片其余部分的凸起高度上。
在提供膜片时，凸版可以形成为与屏板的有效可视区域的分界边区域相一致的形状。
在印刷装饰图像时，图像的外边界可以印成与分界边的形状相一致。另外，优选的是，图像位于屏板的第二表面，或者可选择地，位于过渡台阶，使得使其外边界紧邻窗户辅助组件的分界边。
在转印装饰图像时，可以在膜片和窗户辅助组件之间施加压力。
在使膜片变形时，由于膜片中形成有变形凸版，与包围图像转印表面的膜片区域相比，图像转印区域可以成形为不同的程度。
在可选择的实施例中，模制窗户辅助组件的步骤包括形成一个与屏板的第二表面共面的框架唇缘的步骤。该结构使得转印装饰图像的步骤能将图像的外边界定位在框架的唇缘上。
另外一种选择，膜片的形成可以包括在装载片上提供图像转印块的步骤，其中，图像转印块限定一个相对于装载片的表面升高的图像转印表面。将转印块定位于装载片时，转印块可以附着地固定、缝合或者其它方式固定地定位在装载片上。
另一方面，本发明提供一种在膜片图像转印方法中采用的膜片。膜片包括一个限定膜片图像转印表面的本体。变形凸版形成于本体内，并包围图像转印表面。
本体可选择地是片状元件的形式，变形凸版可以是凹入槽或者相似的结构，该结构使图像转印表面与周围区域相比，可以变形为不同的程度。优选地，变形凸版形成在片状结构中，并且是闭环结构。
在一个可选择的结构中，凸版形成在限定图像转印表面的表面内。在另一个可选择的结构中，凸版形成在本体的与图像转印表面相对的表面内。
在另一个可选择的实施例中，本体由装载片支撑。这样，本体可以形成为固定在装载片上的转印块，可通过附着、缝合/缝制或相似方法将转印块固定到装载片上。在这样的结构中，转印块将图像转印表面限定为相对于装载片的表面的一个凸起的表面。
附图说明
图1是体现本发明原理的窗户组件的一部分的局部视图；
图2A-2D是表示包含两个组成部分的窗户组件的内面区或台阶高度以及与之相对的膜片的局部剖视图；
图3A和3B图解说明了体现本发明原理的将图像从膜片转印到包含两个组成部分的窗户的方法；
图4是体现本发明原理的膜片的一个替换实施例的局部透视图，示出了具有升高的图像转印表面的膜片；
图5、6和7A-7C是膜片配准系统的示意图。
具体实施方式
在克服现有技术的局限和缺点方面，本发明提供一种在窗户组件10上，特别是在紧邻由包含两个组成部分的窗户组件10的框架部分14限定的内周边的透明屏板12上，施加标志信息和/或装饰边界，例如星星点点的淡化或遮盖图案的方法。另外，本发明提供多种去除、减少和掩饰常见的美学瑕疵的方法，已知的美学瑕疵有由施加和汇聚保护涂层引起的“画框”和由模制方法本身引起的“窗口效应”，“窗口效应”可能包括扭曲线和沟痕(sink marks)。
窗户组件10是一个包括两个组成部分的窗户组件，如所指的，包括一个透明屏板12(通常是模制步骤的第一次注塑)和一个围绕透明屏板12的边界16全部或部分延伸的不透明的框架部分14(通常是模制步骤的第二次注塑)。
透明屏板12可以由任何热塑性的聚合树脂或其混合物或组合物制成。合适的热塑性树脂包括但不限于聚碳酸酯树脂、PMMA、丙烯酸树脂、多芳基化合物树脂、聚酯树脂、聚砜树脂及其共聚物和混合物。屏板12优选通过注模形成，但各种公知的技术，例如其它的模制技术、加热成形或者挤压，都可以采用。
框架部分14也可以由适于注模的任何热塑性的聚合树脂或其混合物或组合物制成。合适的热塑性树脂包括适于制造屏板12的所有相同材料，以及聚碳酸酯混合物(PC/ABS、PC/ASA、PC/PBT、PC/PET)。虽然框架部分14优选为不透明的，但是如果需要，它也可以是半透明的或透明的。
在其最后的结构中，塑料屏板12通过在其外侧和/或内侧提供的一个或多个保护层而受到保护，避免暴露于紫外线、氧化以及磨损。保护层可以是适于该目的的任何已知的类型或材料。这里使用的术语，具有至少一个保护层的透明塑料屏板12被限定为透明塑料玻璃板。保护涂层可以通过本领域技术人员公知的任何合适的技术而作为保护层施加。
模制方法本身可能将一些美学的瑕疵引入到窗户组件10，特别是在第一次和第二次注塑接合的区域。此外，第二次注塑能够完整地形成安装结构(未示出)，以将窗户组件10安装到车辆的适当位置。图像18，这里显示的是淡化(fade-out)边界，用于掩饰和隐藏这些瑕疵和结构，并提供从屏板12的透明特性到框架部分14的不透明性的美学观点上的令人满意的过渡。透明屏板12的表面22和框架部分14的表面24之间的分界区20的高度21，对于采用MIT方法成功地印刷图像18是很关键的。与台阶高度21有关的角度有助于使膜片26在施加图像18时与分界区20相一致。
第一次注塑(透明屏板12)和第二次注塑(框架部分14)之间的台阶高度21的各种几何形状的几个实例如图2A-2D所示，膜片26覆盖在其顶部。图2A显示的台阶高度21具有直角的台阶轮廓27，台阶轮廓27不利于使膜片变形成与台阶轮廓27相一致。因此，在该设计中，很难在紧邻分界区20的区域印上图像18。
较好的方法如图2B和2C所示。该设计修改了分界区20处的台阶高度21，以使台阶轮廓27与表面22的平面形成一个通常在60和30度之间的角，优选为约45度。尽管示出的台阶轮廓27由框架部分14的第二次注塑单独形成和限定，可选择地，这种几何形状的台阶轮廓27可以部分由第二次注塑和框架部分14限定，部分由第一次注塑和屏板12限定。为了印刷图像18，第一和第二次注塑之间的分界区的最优几何形状，为屏板12和框架部分14之间的“平接(flush)”分界区20，如图2D所示。但是，由于屏板12和框架部分14之间的重叠受到限制，该最后的结构相对于模制设计来说不是最好的。缺少重叠将不能保证屏板12和框架部分14之间有足够的熔融粘结力和粘附力。
如前面所述，在一个可以“消除”“画框”和“窗口效应”的辅助方式中，通过在该区域施加印刷图像18而隐藏这些缺陷。“画框”扭曲线将隐藏在不透明的印刷后的淡化边界18中，这样，扭曲线将从一般观察者的观测中消失。
根据本发明，图像18采用一种MIT印刷的变形方法，在包含两个组成部分的窗户组件10的透明屏板12上印刷。MIT印刷通常能够在复杂形状的工件上印刷，且具有丝网印刷在平的基材上获得的印刷分辨率和不透明性。在该方法中，通过采用常规的丝网印刷，印刷装饰由丝网施加到平的“软”膜片上。然后，通过采用一个与基材的互补形状相似的变形固定器，使膜片变形或成形为基材表面的几何形状。变形的膜片和基材被保持在局部固定器中，并通过强制接触压在一起。基材和变形的膜片之间施加的压力使丝网印刷图像由膜片转印到基材上。
采用实施本发明原理的MIT方法将印刷后的遮盖/淡化图案向塑料屏板的施加，示于图3A和3B。在该实施例中，在膜片中形成或切出一个槽28，使膜片26成形，以精确地沿窗户组件10的屏板12的表面22和框架部分14的表面24之间的台阶轮廓27移动。槽28可以形成于膜片26的载有图像的表面29(图像转印表面)，也可以形成于膜片26的相反的表面30，后者在这里称作“背面”槽。在图3A和3B中，膜片提供了背面槽28。槽28以闭环或者在膜片26上延伸。与由分界区20限定出的区域的形状相一致的这一形状，围绕屏板12的有效可视区域延伸。假若图像18紧邻槽28在内侧印在膜片26上，可以认为槽28内侧大部分边缘将与分界线32的形状精确地保持一致，而分界线32限定在屏板12的表面22的平面和框架部分14的台阶轮廓27的出现升高的位置之间。
膜片26通常是低表面能的聚合物，例如挤压硅树脂。本发明人发现约1/8″-1/4″以及60-85肖氏A硬度的膜片是合适的，优选采用较高硬度的膜片。要说明的是，只有图像区域需要由这种材料制成，以转印图像。
如图4的变形实施例所示，膜片26′可以形成为位于装载片或层36顶部的图像转印块34(由上述用于制造膜片26的相同材料制成)，装载片或装载层36可以由较便宜和/或更有弹性的材料制成。装载层36的目的是在MIT印刷过程中装载或支撑转印块34。装载层36可以是柔性塑料薄膜、聚酯或者聚酰胺网眼织物及其它选项。转印块34通过缝合、采用粘合剂或其它方式连接到装载层。
转印块34限定一个相对于装载层36的表面40升高或凸起的图像转印表面38。如前面的实施例一样，在转印表面38中形成槽42。槽42的位置可以不在图像转印区域，可能设置成以提供用于将垫34缝合或定位于装载层36的凹陷表面。
再参看图3A和3B，为了在膜片26上印刷图像，将膜片26移动到印刷位置。在印刷位置，使膜片26与印刷机工作台44相配合。膜片26包括背面槽28，工作台44提供一个与膜片26对准的模板45。膜片26位于工作台44上，采用丝网印刷或相似的方法，将图像18施加到膜片26的图像转印表面29。如图4所示和本领域技术人员所理解的，印在转印块34的图像转印表面38上的图像18只是部分示出。接着，膜片26移到转印位置。
在转印位置，局部固定器46相对于膜片26和其上的图像18保持着窗户组件10。随后，定形固定器48相对于膜片26移动，并使膜片26成形。定形固定器48形成为使膜片26变形成与窗户组件10的形状相一致。定形固定器46移动膜片26，使其与窗户组件10接触，并向该固定器组件施加压力。压力的结果是，图像18由膜片26转印到窗户组件10，并收回定形固定器48。
施加到膜片26上的图像和要转印图像18的窗户组件10之间必须具有适当的对准。完成该任务的一种方法是通过膜片对准。在膜片对准中，膜片26定位于在印刷位置和转印位置之间的作为膜片来回移动装置一部分的可调整辅助框架54上。与膜片对准系统50有关的实施例如图5-7所示。
膜片对准系统50包括一个支承框架52，可调整辅助框架54安装在支承框架52上。通过多个将辅助框架54连接到支承框架52上的调整机构56，辅助框架54可相对于支承框架52进行调节。这样，辅助框架54和支承框架52形成一个“x-y”可调工作台。辅助调整机构58、气缸和/或机械调节器用于调节膜片26相对于辅助框架54的张力和位置。如本领域技术人员所知，调整机构56可以包括常规的调整螺丝与锁紧螺母60、带槽的螺栓板组件62以及锁紧螺栓64的组合，用于在调整之后确保对准。
本领域技术人员很容易理解，以上描述只是用于对实施本发明的原理的说明。该描述不是用于限定本发明的范围和应用，本发明可以进行修改、变形和变化，而不脱离由所附的权利要求限定的本发明的精神。

Claims (29)

1.一种塑料窗户组件，包括：
基本透明的塑料屏板，该屏板具有相对的第一表面和第二表面以及围绕该屏板延伸的周边区域；
设置在屏板周围的框架，该框架由塑料形成，在屏板的周边区域附着到第二表面上，以限定位于框架中的屏板的有效可视区域，框架还具有限定凸起表面和过渡台阶的部分，所述过渡台阶从屏板的第二表面向上延伸到框架的凸起表面；
分界区，其限定在过渡台阶和由屏板的第二表面限定的平面的接合处周围；以及
图像，其在屏板的有效可视区域内设置在第二表面上，该图像具有外部边界，该外部边界的位置紧相邻于由框架限定的内侧周边。
2.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：过渡台阶限定一个0至90度范围的角。
3.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：过渡台阶限定一个30至60度范围的角。
4.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：图像是一个淡化的遮盖边界。
5.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：图像是不透明的。
6.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：框架是不透明的。
7.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：框架和屏板由选自聚碳酸酯和聚碳酸酯混合物构成的组中的材料制成。
8.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：框架包括一个位于分界区的唇缘，并且该唇缘限定一个与第二表面共面的表面。
9.如权利要求8的塑料窗户组件，其特征是：图像的外部边界位于框架的唇缘上。
10.如权利要求1的塑料窗户组件，还包括至少一个覆盖着屏板的保护层。
11.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：所述图像是不透明的，并具有位于紧邻分界区的外边界。
12.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：所述图像是一个淡化的遮盖边界。
13.如权利要求1的塑料窗户组件，其特征是：过渡台阶部分由屏板形成，部分由框架部分形成。
14.一种形成包括两个组成部分的窗户组件的方法，包括以下步骤：
模制窗户辅助组件，包括步骤：
作为第一次注塑，在模具中注入一种塑料树脂，形成一个具有相对的第一表面和第二表面的基本透明的屏板；
作为第二次注塑，在模具中注入一种塑料树脂，形成一个位于屏板周边周围的框架，以限定屏板的有效可视区域，并限定一个从第二表面延伸到框架的凸起表面的过渡台阶，该有效可视区域定位成具有由框架包围的分界边；
提供一个具有图像转印表面的膜片，该膜片包括一个形成于其内的变形凸版；
在膜片的图像转印表面上印刷图像；
相对于窗户辅助组件将膜片和图像对准；
使膜片成形为与窗户辅助组件的轮廓相一致，其中，变形凸版使得膜片的由变形凸版包围的区域比膜片的其它部分更容易变形；
将图像从膜片转印到窗户辅助组件的屏板上，以使图像的外部边界的位置紧相邻于由框架限定的内侧周边。
15.如权利要求14的方法，其特征是：提供膜片的步骤包括在相对于膜片其余部分的凸起高度上提供图像转印表面的步骤。
16.如权利要求14的方法，其特征是：提供膜片的步骤包括形成凸版的步骤，凸版的形状基本与屏板的有效可视区域的分界边区域相一致。
17.如权利要求14的方法，其特征是：印刷图像的步骤包括印刷外部边界与分界边的形状相一致的图像的步骤。
18.如权利要求14的方法，其特征是：转印图像的步骤还包括将图像的外部边界定位于紧邻窗户辅助组件的分界边的步骤。
19.如权利要求14的方法，其特征是：转印图像的步骤还包括在屏板的第二表面上将图像的外部边界定位于紧邻窗户辅助组件的分界边的步骤。
20.如权利要求14的方法，其特征是：转印装饰图像的步骤包括将图像的外部边界定位于框架的过渡台阶上的步骤。
21.如权利要求14的方法，其特征是：转印装饰图像的步骤包括在膜片和窗户辅助组件之间施加压力的步骤。
22.如权利要求14的方法，其特征是：使膜片成形的步骤包括使图像转印表面的成形量大于包围图像转印表面的膜片区域的步骤。
23.如权利要求14的方法，其特征是：模制窗户辅助组件的步骤包括模制与屏板的第二表面共面的框架唇缘的步骤。
24.如权利要求23的方法，其特征是：转印图像的步骤包括将图像的外边界定位于框架唇缘上的步骤。
25.如权利要求14的方法，其特征是：提供膜片的步骤包括提供装载片、在装载片上提供图像转印块的步骤，图像转印块限定一个相对于装载片凸起的图像转印表面。
26.如权利要求25的方法，其特征是：在装载片上提供图像转印块的步骤包括将转印块附着地固定到装载片的步骤。
27.如权利要求25的方法，其特征是：在装载片上提供图像转印块的步骤包括将图像转印块缝合到装载片的步骤。
28.如权利要求14的方法，还包括提供至少一个在屏板上的保护层的步骤。
29.如权利要求14的方法，其特征是：模制窗户组件的步骤包括部分把过渡台阶模制成第一次注塑的突起以及通过第二次注塑完成过渡台阶的形状的步骤。
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