CN1259263C - 弯曲玻璃板的方法 - Google Patents

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Abstract

加热到粘度不低于105Pa·s且不高于108Pa·s的玻璃板被对着有一定弯曲表面的模具压制来弯曲。有用于控制玻璃板弯曲温度T和弯曲时间段t的步骤以满足下面的公式1和2，和弯曲玻璃板的步骤：见右式，其中P(τ)是施加在玻璃板主表面的压力和在时间τ时施加在玻璃板后表面的压力之间的表面压差(单位：Pa)，t是弯曲时间段(单位：s)，η(T)是玻璃板在温度T时的粘度(单位：Pa·s)，T是在时间τ时的弯曲温度(单位：℃)。

Description

弯曲玻璃板的方法
本发明涉及弯曲玻璃板的方法，具体是将玻璃板弯曲成复杂的弯曲形状的方法。
曲形玻璃板经常用于建筑物、汽车等的窗。具体是曲形玻璃板构成汽车窗户的绝大部分。曲形玻璃板通过弯曲扁平玻璃板来制备。具体是一块由浮法或其它方法制备的扁平玻璃板被切成一种理想的形状，放入加热炉，加热至比软化点低的温度(650℃)并通过重力在一个环或曲形滚筒上弯曲或者放在环上压制且对着模具压制。至于如何弯曲玻璃板用于展示，JP-A-1-122931提出了一个建议(参见JP-A-1-122931中第3到第四页)。
然而，由于近年来汽车设计的复杂，汽车窗户的设计变得非常复杂。常规的玻璃生产技术开始在处理汽车窗户的复杂设计上遇到困难。
例如，示于图9(a)中的窗户设计是所谓的“畚箕形”。通常有这种设计的窗作为树脂窗展示，用于近来的汽车展等中的概念车。有这种设计的窗总共包括四个表面，两个横向提供的三角形表面和两个从上到下延伸的矩形表面，表面通过弯曲部分101相互连接。这种设计要求在弯曲部分101和角100处有非常小的曲率半径，在弯曲部分101两个矩形表面相互连接或一个三角形表面与两个矩形表面之一相连，在角100三角形表面之一与两个矩形表面连接。
示于图9(b)的设计具有的形状显然形成截锥外围形状的一部分。当有这种设计的玻璃板用于汽车的后车窗(backlite)时，这种玻璃板深深延伸至车顶和两侧。这种设计也要求在弯曲部分有非常小的曲率半径，此处扁平表面与弯曲表面相连。
如前所述，近来在汽车中采用了有非常复杂设计的窗，要求它来提供能制备有非常复杂设计的窗的创新方法。在设计具有微弯曲形状的情况中，甚至在低温如650℃充分弯曲玻璃板是可能的。当尝试在低温下将玻璃板弯曲成图9(a)或图9(b)中所示复杂的设计时，由于玻璃板不能在其所有部分充分弯曲，玻璃板外围边缘形成皱褶或玻璃板中产生几种光学畸变，这引起了问题。
即使弯曲温度设在比常规弯曲温度高的温度，没有采取其它措施就提高弯曲温度是不可接受的。这是因为这种情况引起一个新问题，软化的玻璃板熔化结合于模具。尽管先前的出版物揭示了如何通过压制来弯曲玻璃板，目的是产生用于展示的面板，出版物没有揭示在弯曲玻璃板中如何既确保柔性又保证模具可释放性。
本发明的一个目的是解决前面提出的问题，并提供了将扁平玻璃弯曲成复杂设计的方法，该方法不会引起皱褶或光学畸变或玻璃板熔化结合到模具。
为了达到本发明的目的，本发明提供了一种方法，其中被加热到具有不低于105Pa·s且不高于108Pa·s粘度的玻璃板被对着有一定弯曲表面的模具压制成沿弯曲表面的形状，特征在于它包括控制玻璃板的弯曲温度T和弯曲时间段t以满足下面的公式1和2和弯曲玻璃板：
0.05＜＜2.00                     公式1
Figure C20031010153100051
公式2
其中P(τ)是施加在玻璃板主表面的压力和在时间τ时施加在玻璃板后表面的压力之间的表面压差(单位：Pa)，t是弯曲时间段(单位：s)，η(T)是玻璃板在温度T时的粘度(单位：Pa·s)，T是在时间τ时的弯曲温度(单位：℃)。
根据本发明的一种模式，优选的是弯曲玻璃板包括曲率半径不大于100mm的部分。同样优选的是弯曲玻璃板包括一个角，在角处三个表面连接在一起且各表面是扁平表面或曲率半径不小于500mm的弯曲表面。同样优选的是，所述方法进一步包括将玻璃板外围部分夹在模具和与玻璃板外围边缘基本上符合的环之间，模具的弯曲表面呈凹状，弯曲玻璃板期间在玻璃板和弯曲表面间抽空气。此外，优选的是，所述方法进一步包括修整玻璃板的一部分，玻璃板在弯曲后夹在环和模具之间。
同样优选的是，所述方法进一步包括将玻璃板放在环上，对着模具压制以在弯曲玻璃板期间压玻璃板，模具提供在玻璃板上。也优选的是玻璃板仅通过重力被根本弯曲。此外优选的是方法进一步包括在弯曲玻璃板前应用模具释放剂于模具。另外优选的是玻璃板用于生产汽车窗户。此外，优选的是方法进一步包括吹空气以使玻璃板在第一个方向膨胀，接着抽空气以使玻璃板在第二个方向弯曲。
另外，本发明提供了设备，在其中被加热到粘度不低于105Pa·s且不高于108Pa·s的玻璃板被对着有一定弯曲表面的模具压成沿弯曲表面的形状，特征在于该方法包括一个控制器来进行设备中各个组成的操作监控并操作控制各成员，控制器存有程序代码，程序代码在计算机中进行上述的步骤。
现在将解释本发明的原则。发明者发现，为实现复杂形状，在弯曲玻璃板时满足柔性和模具可释放性这两种因素是必需的。具体的说，为将玻璃板弯曲成这种复杂形状，所述玻璃板应包括至少一个曲率半径不大于100mm的部分，通过加热玻璃板到比常规弯曲温度更高的温度来降低玻璃板的粘度是必需的。然而，当粘度极端降低时，玻璃板就熔化结合到夹具(如环、模具或滚筒)上，以在弯曲时支持玻璃板。发明者新提议一个由公式2描绘的弯曲评价指数，并确定通过控制弯曲时间段和弯曲温度来确保充分的柔性和极好的模具可释放性是可能的，从而此指标位于公式1所定义的范围内。
首先，要涉及如何获得弯曲评价指数。玻璃是一种物质，有根据温度变化而不同的物理性质。玻璃的物理性质从低温侧以此连续顺序表现为弹性(η＞1013.5(Pa·s))、粘弹性(108.0＜η＜1013.5(Pa·s))和粘性(η＜108.0(Pa·s))。这些数字范围根据玻璃组成而稍微不同。
常规弯曲技术在表现粘弹性的温度范围进行。具体是玻璃板通过装置从外部施加弯曲力来弯曲。主要机制是根据弹性理论产生的弯曲压力和与粘弹性体有关的压力缓解现象同时进行，最终获得一种没有反冲产生的确定形状。在常规弯曲技术中，当压力在弯曲超过某一临界值时产生的时候，可引起裂缝。此外，弯曲玻璃板相对于原始扁平玻璃板的膨胀/收缩速度通常不大于1％，尽管膨胀/收缩速度的分配在一种少有的情况中局部包含大于1％的值。
另一方面，本发明针对的弯曲形状需要大于1％的膨胀/收缩速度，这不能由前面提出的常规弯曲技术解决。为了处理此问题，降低玻璃板粘度至比常规水平更低的水平(不低于105Pa·s且不高于108Pa·s)并主要通过用本发明中的粘性流来弯曲玻璃板是必需的。在这种情况下，弹性效应可几乎忽略，粘度定律占主导。从此观点看，为了在这种情况下弯曲，关于弯曲的物理现象可用粘度、压力和压力应用时间段三种参数来控制。
本发明新建议了弯曲评价指数，其中三种参数的关系无因次。通过弯曲此指标位于某一数字范围，本发明可解决多种在进行常规弯曲操作时引起的问题。根据发明，即使弯曲条件在各参数上不同，只要指数是相同的值，可预期获得相同的弯曲形状。结果，适当设置弯曲条件是可能的。
图1(a)和(b)是图表，显示弯曲评价指数和维持表面压力于玻璃板的时间段之间的关系。从这些图中，揭示了弯曲评价指数的值随着时间流逝而增加。指数是无因次数字，由公式1定义的范围是柔性范围。图显示表面压差不变的情况和粘度不变的情况。即使任一种参数是可变的，只要公式2的计算制满足公式1，原则的本质不变。
足够的柔性意味着在弯曲时，玻璃板可接触与确定形状完全相应的模具的整个弯曲表面区域。极好的模具可释放性意味着接受弯曲的玻璃板可从模具释放，没有熔化结合到模具的玻璃板表面。当足够的柔性和极好的模具可释放性的状态相容时，柔性的条件被定义为相遇(being met)。换句话说，当弯曲评价指数不大于0.05时，有可能与确定形状完全相应的模具的部分弯曲表面区域不接触玻璃板。另一方面，当弯曲评价指数不小于2.00时，有可能接受弯曲的玻璃板不能从模具释放，这是因为玻璃板熔化结合到模具。在一种情况中，如提供了用于真空抽气的洞，在确定是否建立了适当接触中去除了有洞的区域。
关于表面压差P，它不总是意味着严格意义上的压力。它可以指通过将施加的负载(load)，如重量，转换成相等表面压力而获得的压力。换句话说，当与压力一起进行弯曲时，与通过挤压应用的负载相当的压力值被加入作为表面压差P的组成，表面压差P是关于挤压负载应用的玻璃板部分。当表面压差P或粘度在部分间不同时，容易设想弯曲评价指数也在部分间不同。在这种情况中，条件是否符合被确定，弯曲评估指数设在范围的最高值，在此范围中玻璃板可完全形成一确定形状。
如前所述，根据本发明的弯曲方法在弯曲的概念上与常规弯曲方法显著不同。如果常规弯曲方法强行通过弯曲评估指数评估用于比较，常规弯曲方法如公式3所示评估，这表明常规弯曲方法的弯曲评估指数完全在公式1描绘的数字范围之外。
1.00×10-6＜＜2.00×10-4                       公式3
附图中：
图1(a)和1(b)是分别显示当表面压差不变时弯曲评估指数和弯曲时间段间关系的图，和显示当粘度不变时弯曲评估指数和弯曲时间段间关系的图；
图2是显示适合实施方案的弯曲设备，用于根据本发明进行弯曲方法。
图3是显示实施例1中弯曲评估指数和弯曲时间段间关系的图；
图4(a)和4(b)显示实施例2的透视图和侧视图；
图5是显示实施例2中弯曲评估指数和弯曲时间段间关系的图；
图6(a)和6(b)显示实施例3中玻璃板弯曲后的透视图和显示模具和玻璃板弯曲前的透视图；
图7(a)到7(d)显示实施例3中如何弯曲扁平玻璃板的透视图。
图8是显示实施例3中弯曲评估指数和弯曲时间段间关系的图；
图9(a)和9(b)显示有复杂形状的树脂窗例子的透视图。
现在将根据附图描述本发明的实施方案。
图2显示适合实施方案的弯曲设备，用于根据本发明进行弯曲方法。如此图所示，弯曲设备包括金属外套1、具有用于接触玻璃板6的弯曲表面的模具2和在弯曲表面抽真空中形成的多个洞2a、用于维持玻璃板6在其外围边缘的玻璃板维持装置7、真空装置3、在连接外套1和真空装置3的管中提供的压力控制阀4、以及压力表5。模具2可形成凸形或凹形。通过控制器10进行操作监控和操作控制弯曲设备的各个组成(如真空装置3、压力控制阀4、压力表5和加热器9)，控制器10包括，如一台计算机从而前述的弯曲操作的弯曲评估指数满足一指定值。
现在，将描述用图2所示设备的弯曲过程。首先，充分加热和软化的(粘度不低于105Pa·s且不高于108Pa·s)玻璃板6夹在玻璃板维持装置7和外套1的边缘间，玻璃板维持装置7成环形且外套1固定于模具2。玻璃板6固定于模具2后可用加热器9加热和软化，加热器9包括如电加热器或煤气灶。
此后，当真空装置3的抽力通过控制压力控制阀4的打开和关闭来调节时，吸玻璃板以使它接触在这种条件下待弯曲的模具2的弯曲表面，弯曲的弯曲评估指数位于一确定范围内。控制真空压力、温度和弯曲时间段来满足公式1和2。为了缩短弯曲时间段，优选的是大表面压差。
通过用前述的过程，将玻璃板弯曲成图9(a)或9(b)所示的复杂形状是可能的。具体是，本发明有效地将玻璃板弯曲成曲率半径不大于100mm的形状。本发明可容易地弯曲玻璃板，使玻璃板有三个或更多表面连接在一起的角(如图9(a)中的角100)。在此情况中，各表面是扁平表面或曲率半径不小于500mm的弯曲表面。两表面相互连结的弯曲部分曲率半径不大于100mm，最小的曲率半径不大于50mm(优选不大于30mm，更优选不大于10mm)。
代替真空装置3，可使用离模具2远的应用高压力于玻璃板6的装置，或旋转弯曲设备的装置，用于产生离心力从而使玻璃板6接触模具2。弯曲部分等的曲率半径在玻璃板内侧上测量，即在弯曲玻璃板的凹面上。
实施例1
现在，将描述本发明的实施例。发明者用厚度约4.0mm和约2.8mm的矩形玻璃板。通过图2所示的弯曲设备，发明者将玻璃板弯曲成的形状是，在各玻璃板中，内表面高度与短边比例为0.357且各弯曲部分曲率半径为约10mm。玻璃板在弯曲开始时有η＝106.3Pa·s、η＝106.6Pa·s和η＝106.5Pa·s的玻璃粘度，弯曲完成时有107.4Pa·s、107.5Pa·s和107.2Pa·s的玻璃粘度，这是因为玻璃板在弯曲时受到温度变化。
应用于玻璃板的真空压力随着时间流逝而变化，真空压力的测量结果示于图3，用于由公式2描绘的弯曲评估。此图清楚地显示了弯曲完成时满足公式1。
实施例2
现在将描述本发明的另一个实施例。
图4显示的例子中放在模具上的一块矩形玻璃板包括一个弯曲表面和一个扁平表面且通过重力弯曲。在此图XY区间上模具11的弯曲表面曲率半径约60mm。弯曲开始时，模具的上扁平表面半径约24mm，玻璃板10放在模具上面，底部到上扁平表面的距离为约36mm。
上扁平表面穿过模具的弯曲部分结合到弯曲表面中，模具的弯曲部分曲率半径非常小，小到约1mm。此实施例中所用的玻璃板10的数目是两块，一块玻璃板厚度约3.5mm且另一块厚度约2.0mm。当板是平板时，玻璃板都有尺寸为约60mm×约60mm的矩形形状。在弯曲时间段7,200s中玻璃板弯曲成一种确定形状而没有熔化结合到模具，在这种条件下玻璃板维持η＝106.0(Pa·s)的玻璃粘度且除了重力没有其它压力应用。测量结果示于图5，用于公式2描绘的弯曲评估指数。发现弯曲完成时的情况满足公式1。证实即使在通过重力弯曲玻璃板的情况中，弯曲评估指数是适用的。
实施例3
如图6(a)所示，设计玻璃板具有典型的弯曲形状，其中三个曲率半径不小于500mm的弯曲表面通过弯曲部分连接在一起，弯曲部分在两个位置曲率半径不大于100mm。在此图中，仅显示弯曲后玻璃板一半部分13a，玻璃板关于作为想象对称面的平面12对称。
为了检测此形状的柔性，组成有图6(b)所示凹形的假想模具14，弯曲模拟由计算机进行。模拟用1/2模式进行，模式有在考虑的对称形状。模拟在这种条件下进行，因此玻璃板13有初始尺寸在平面图中看来为1450mm×800mm且厚度为5.0mm的矩形形状。在模拟中，玻璃板13维持η＝106.0(Pa·s)的玻璃粘度、-1.013×105(Pa)的恒定真空压力(即表面压差P为1.013×105(Pa/s))，玻璃板一直垂直应用于玻璃板表面没有接触模具14的区域上(各个图中黑色区域)。
图7(a)到7(d)仅显示玻璃板的测量结果，图7(a)显示起始情况，图7(b)显示弯曲开始0.05s后的情况，图7(c)显示弯曲开始0.10s后的情况，图7(d)显示弯曲开始0.60s后的情况。如这些图中清楚地显示，表明随着弯曲操作进行，玻璃板13没有接触模具14的区域(各个图中黑色区域)减少，在弯曲开始0.60s后玻璃板13完全接触模具14的整个内表面。
图8显示此例子的测量结果，用于公式2描绘的弯曲评估指数。此图揭示弯曲完成时的情况也满足公式1。在此例子中玻璃板外围部分夹在玻璃板维持装置7和外套1间，由于玻璃板外围部分发生很大程度的变形，优选的是外围部分弯曲后用修整装置8修整，修整装置8包括如金属或瓷刀具。
如前所解释的，本发明可将玻璃板弯曲成复杂形状而没有使软化的玻璃板熔化结合到夹具，这是因为弯曲时间段和弯曲温度被控制从而用于弯曲的弯曲评估指数位于一定的范围中。此外，对于没有接触模具的玻璃表面，通过如浮法获得的质量(光洁度)可被不退化地利用，这是因为弯曲可用接触模具的玻璃板至少一个面进行。
显然根据本发明的弯曲玻璃板的方法不仅适用于图2所示的设备，也适用于多种现有弯曲设备。例如，根据本发明的方法适用于放置加热玻璃板于环或曲形滚筒上以通过重力弯曲玻璃板的设备(如U.S.P 6,240,746)、挤压环和模具间加热的玻璃板的设备(如US2002/0166344A1)、通过独立和垂直移动滚筒形成滚筒运送装置来弯曲玻璃板的设备，这是为了在一个传播波(propagating wave)中改变玻璃板传送表面(如U.S.P 6,397,634)，当玻璃板通过注入来自弯曲的炉底部的加热空气来漂浮时用重力弯曲玻璃板的设备(如U.S.P 6,014,873)。在这些情况中，弯曲夹具，如环或模具，可有用于接触玻璃板的表面，玻璃版涂上脱模剂或者盖有织布或由如PBO(聚对亚苯基苯并二噁唑)构成的有热-抵抗性质的未编织布。
提交于2002年11月11日的日本专利申请号2002-299423的完整揭示包括说明书、权利要求书、附图和概述，在此将其全文并入以供参考。

Claims (12)

1.一种弯曲玻璃板的方法，其特征在于，被加热到具有不低于105Pa·s且不高于108Pa·s的粘度的玻璃板被对着有一定弯曲表面的模具压制成沿弯曲表面的形状；
所述方法包括控制玻璃板的弯曲温度T和弯曲时间段t以满足下面的公式1和2，和
弯曲玻璃板：
0.05＜＜2.00                     公式1
公式2
其中P(τ)是施加在玻璃板主表面的压力和在时间τ时施加在玻璃板后表面的压力之间的表面压差，单位：Pa；t是弯曲时间段，单位：s；η(T)是玻璃板在温度T时的粘度，单位：Pa·s；T是在时间τ时的弯曲温度，单位：℃。
2.如权利要求1所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，弯曲的玻璃板包括曲率半径不大于100mm的部分。
3.如权利要求2所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，弯曲的玻璃板包括三个表面连接在一起的角，且各表面是扁平表面或曲率半径不小于500mm的弯曲表面。
4.如权利要求1到3中任一项所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述玻璃板的外围部分夹在模具和与玻璃板外围边缘符合的环之间，模具的弯曲表面呈凹状，并于弯曲玻璃板期间在玻璃板和弯曲表面间抽空气。
5.如权利要求4所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在弯曲玻璃板后修整夹在环和模具间的玻璃板部分。
6.如权利要求1所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将玻璃板放在环上，对着模具挤压玻璃板，在弯曲玻璃板期间压制玻璃板，模具提供在玻璃板上。
7.如权利要求1到3中任一项所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，玻璃板仅通过重力弯曲。
8.如权利要求1所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在弯曲玻璃板前应用脱模剂于模具。
9.如权利要求1所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过浮法制备玻璃板。
10.如权利要求1所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，所述玻璃板用于制造汽车窗。
11.如权利要求1所述弯曲玻璃板的方法，其特征在于，所述方法进一步包括吹入空气以使玻璃板在第一个方向膨胀，接着抽空气以使玻璃板在第二个方向弯曲。
12.一种装置，其特征在于，被加热到粘度不低于105Pa·s且不高于108Pa·s的玻璃板被对着有一定弯曲表面的模具压制成沿弯曲表面的形状；
所述装置包括：控制器，操作监控并操作控制装置中各个组件，所述控制器有存于其中的程序代码，所述程序代码在计算机中进行权利要求1到11中任一项所述的步骤。
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