CN1307114C - 从平板玻璃制造任何轮廓的玻璃板的方法和装置 - Google Patents

从平板玻璃制造任何轮廓的玻璃板的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从平板玻璃制造具有任意所需轮廓的玻璃板的方法，包括以下步骤：沿轮廓在平板玻璃的至少一面上向下划出深度为T玻璃板的划线，使用一种切割工具，以及将平板玻璃定位在支撑物上。本发明的特征还在于，将设定的力施加在平板玻璃上，由此可使玻璃沿划线断开，所述断裂延伸在平板玻璃的整个厚度上。

Description

从平板玻璃制造任何轮廓的玻璃板的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种从平板玻璃制造任何形状的玻璃板的方法，在第一阶段，利用切割装置在玻璃板的至少一侧上沿轮廓划分离线并达到预定深度。然后，将玻璃板定位并沿该轮廓从平板玻璃上把玻璃板切割下来。该方法特别用于制造电子存储介质的玻璃基层。
除了该方法，本发明还提供了一种从平板玻璃制造任何形状的玻璃板的装置。该装置也特别适合用于从玻璃板制造具有任何外径和内径的电子存储介质的玻璃基层，这样一种装置由底垫和冲压设备构成。
背景技术
电磁存储介质，更具体而言是硬盘的玻璃基层当前主要应用在膝上型电脑领域。玻璃基层比现在广泛使用的铝制基层的优点在于刚度、硬度、E模数的提高，其结果是更加耐冲击并减少了震动。
此前，由于提供具有适当表面性能的玻璃的技术费用很高，因此很难将玻璃基层用于磁存储介质，特别是硬盘。
这更特别用于通过冲压和浮动制造玻璃基层，还用于通过如美国专利US5725625公开的拉制法制造的玻璃带。
采用美国专利US5725625中的拉制玻璃带，拉制玻璃表面必须经过两个研磨步骤和两个附加的抛光步骤。
在此完整地引入作为参考的美国专利申请所公开的内容描述了一种新方法，该申请于2000年1月5日向美国专利局提出，申请序列号为09/477712，该方法能够获得的拉制玻璃基层的平面度≤25μm，更特别≤10μm，波纹度＜100，更特别＜40，厚度变化为±20μm，更特别为±15μm，表面粗糙度＜10埃，更特别为＜5。
该表面性能，平面度，波纹度和表面粗糙度根据公知的方法确定，如SEMI(1966)的SEMI D15-1296中所述的用于显示基层的标准测量方法。术语平面度解释为测量的整个表面与理想平表面的偏差，术语波纹度解释为相对规定尺寸的参考距离与理想表面偏差的平均波长部分，术语表面粗糙度解释为短波长范围内相对用于估算的测量短距离的偏差。由于是在例如采用按照美国专利US5725625制造的表面的情况下，因此无需获得这样良好的表面。因此对于玻璃基层，希望提出无须表面精加工或大大减少表面精加工的制造电磁存储介质的方法。
该技术方法当前不适合进一步加工拉制或浮动制成的玻璃带，这些玻璃带的平面度≤25μm，波纹度＜100，厚度变化±20μm，表面粗糙度＜10，它们必须被切割，以便获得光滑的边缘，并具有任何预定的可能切割的形状，能够在加工期间很大程度地防止表面损伤。
避免裂缝、凹槽和表面微裂纹的一种方法是在机械应力产生的热量的基础上分离玻璃。因此使直接提供给玻璃的热源在玻璃上匀速移动，在该过程中产生了引起玻璃裂缝的高机械热应力。该机械热应力通过跟随在热量束之后的冷却点进一步增加。红外线辐射器，特殊气体燃烧器及更特殊的激光满足了对热源的性能要求，包括能够局部定位热能，即能够将定位精确到一毫米以上，更优选能够精确到100微米以上，该精度对应于通常的切割精确度。激光由于其良好的聚焦性、良好的性能控制性和形成光束并因而在玻璃上分配密度的可能性而已经被证实是有效的，并已经获得了认可。玻璃在被机械切断之前由激光束预划线。该方法作为划线和切断方法而公知。
通过结合外部冷却步骤的聚焦激光束局部加热，从而引起机械热应力超过抵抗材料断裂的抵抗力的激光切割方法已经在EP0872303A2，DE69304194T2，DE4305107C2以及US专利5120926号中提出了。
GB-A-1433563表示了一种方法，其中使用激光在玻璃基层中划一条分离线，接着利用比玻璃硬的切割装置沿所述分离线将玻璃切断。此类切割装置的实例是金刚石或铝切割装置。
美国专利US2372215号公开了另一种划线和切断方法。根据该方法，使用切割工具，如小金刚轮，在玻璃表面划上深度为T的分离线，接着利用机械动作，如沿所述分离线，切断玻璃。
在一个优选实施例中，通过在玻璃内专门引入温度应力沿分离线T切断玻璃。
采用现有技术的划线和切断技术，不能够制造玻璃基层，更特别是用于电子存储介质的玻璃基层，以便满足要求的质量，更特别是由它们的厚度所要求的质量。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种从平板玻璃制造任何轮廓的玻璃板的方法，更特别是存储介质的玻璃基层的方法，包括尽可能少的步骤，以及能够制造主要用于电子存储介质的个别的玻璃基层，并且在玻璃拉制过程中不会对其表面造成损伤。这些方法更特别的是不会在玻璃的拉制或浮动过程明显地降低所获得的表面性能：平面度≤25μm，波纹度＜100，厚度变化±20μm，表面粗糙度＜10。
根据本发明的一个方面，提供一种从平板玻璃制造任何形状的玻璃板的方法，包括下面的步骤：在平板玻璃的至少一侧用切割设备沿着轮廓划深度为T玻璃基层的分离线；把平板玻璃定位在底垫上；在平板玻璃上通过冲压设备施加设定的力F，以便沿着分离线产生划线；其中，设定的力F的应用导致划线穿过整个平板玻璃的厚度。该方法的特征在于：平板玻璃被放在两个韧性板中间，从而使韧性板和平板玻璃形成堆叠板，该堆叠板位于底垫上；底垫具有孔，该孔大于由分离线划出的形状的直径。
根据本发明的另一方面，提供一种从平板玻璃切断任何形状玻璃板的装置，包括：底垫；用于将被切断的平板玻璃定位在底垫上的定位设备；在平板玻璃的至少一侧沿着轮廓划深度为T玻璃基层的分离线的切割设备；在平板玻璃上施加设定的力F的冲压设备，以便沿着分离线产生划线，并且，设定的力F的应用导致划线穿过整个平板玻璃的厚度。该装置的特征在于：该装置包括两个韧性板，平板玻璃夹在这两个韧性板之间从而形成堆叠板，该堆叠板位于底垫上，这样，底垫包括孔，该孔大于玻璃板的形状的直径。
按照本发明，为了达到这个目的所采用的方法是，在玻璃板被定位后，使用如权利要求1前序部分所述的方法，用冲压设备在玻璃板上施加设定的力，以便沿着分离线切断玻璃板并使所述的切断穿过整个基层。在本发明的一个优选实施例中，在切断之前，先将玻璃板的上侧朝下放在底垫上，以便被划上分离线或划线的一侧位于底垫上。
在本发明的第一实施例中，所用的底垫是具有设定硬度的大表面。如果底垫是可以旋转的，当底垫被放在玻璃板上时，由例如环形分离线所设定的内圆或者外圆的中心应当与底垫或工作台的旋转中心一致。用冲压工具，例如小轮或球，在玻璃基层上施加一设定的力。通过旋转工作台，就会切断整个玻璃板。
在另一个实施例中，将玻璃放在两个有韧性的板之间。将这样得到的堆叠的板放在，例如，环形底座上，底座的直径应大于分离线的轮廓确定的直径。然后，用冲压机在相对侧施加压力，冲压机的直径应小于孔的直径。冲压机的压力导致韧性板和玻璃弯曲。在划线处产生张应力，使得划线穿过材料，从而从平板玻璃的内部区域将其外部区域整个切割下来。
该方法的优点更特别的在于韧性材料可靠地防止了在横向应力下边缘被折断，这样就避免了玻璃基层的表面被折断和形成凹陷。
按照本发明的第三种方法，用于从其上切割玻璃板的平板玻璃被放在具有腔的板上。最好将真空设备用于该腔，以便在该板上产生环形表面载荷。在划线处产生张应力，使得划线穿过材料，从而从平板玻璃的内部区域将其外部区域整个切割下来。由于腔是，例如环形的，因此张应力在划线处最大。压缩空气或流体压力可以代替玻璃下侧的真空设备施用在相反的一侧。
本发明的所有方法都适合从平板玻璃切断或切割玻璃板及从该玻璃板上切断或切割内孔。这里所使用的术语切断和切割应被解释为分离线完全穿过玻璃基层而没有造成内部区域和外部区域之间的物理分离。
在处理过程的附加阶段中，通过切断或切割步骤沿着穿过平板玻璃的分离线来分离内部区域，或者隔离外部区域。为了达到这个目的，应当在内外区域之间和/或在外部区域与周围的平板玻璃之间建立温差。为此，内部区域可以被选择性地冷却，例如用液态氮。为了隔离外部区域，例如可以用200℃的热空气对周围的平板玻璃进行加热。
附图说明
下面参照附图对本发明作进一步的详细描述。其中：
图1A是用机械切割装置在平板玻璃基层上划分离线的示意图；
图1B所示为如何沿分离线切断平板玻璃；
图2A和图2B所示为如何用激光设备在平板玻璃上划深度为T的分离线；
图3所示为在具有预定硬度的底垫上切断玻璃板；
图4所示为用与环状物结合使用的冲压机切断玻璃板；
图5所示为用真空设备切断玻璃板。
具体实施方式
在图1A和1B中，用公知的划线和切断处理过程进行划线和切断来切割平板玻璃1。在划线和切断过程中，用放在玻璃表面24上的切割设备沿着分离线26在平板玻璃上划线到预定深度T玻璃基层。
当用切割工具22沿分离线在玻璃上划线之后，如图2B所示，玻璃沿分离线被切断。切割工具22可以是，例如，机械切割设备，如小切割轮。
当用激光设备沿分离线在玻璃板表面24上划线时，这种方法尤其有益。图2A至2B显示了该优选的激光切割方法。
当用激光切割设备划线和切断时，玻璃表面只是被轻微的破坏。因此，完全不需使用保护层。
图2A所示是为了切割用于电子存储介质的环形玻璃基层而划线的基本原理，在本例中是用激光束从平板玻璃1中切割出硬盘100。平板玻璃作为初始产品，其厚度d通常为0.3至5mm。
在图2A所示的例子中，设定了激光束的轮廓，以便在平板玻璃1上形成V形焦点102，所述的焦点按照被切割的圆形轮廓弯曲。跟随其后的冷却点104增强了由激光束产生的机械热应力，该机械热应力超过抵抗玻璃断裂的抵抗力。所述的冷却点可通过，例如，在玻璃上吹冷却气体，最好是冷空气或水和空气的混合物来实现。V形焦点优选可按照，例如，EP0873303A2中描述的方法实现。
也可以采用其他几何形状的焦点来代替这里所示的V或U形焦点102。
分两个阶段切割平板玻璃1。
按照图2A所示的第一阶段中，与激光性能，激光束轮廓，焦点沉积，绘制速度，焦点102、平板玻璃1和冷却点104之间相对运动速度有关的参数通过在玻璃中建立机械热应力以在所述玻璃上划线到预定的深度T的方式确定。划线深度T通常为0.08到0.3mm。
在这样确定的参数下对玻璃基层的外部轮廓106和玻璃基层内孔的内部轮廓107进行划线，在两种情况下，机械划线108作为利用公知方法例如切割轮所形成的预划线。这样的好处是，当用激光划线110延续预划线108时，可以使其与内部和外部轮廓的圆形曲线相切。这种在表面上的划线有助于实现封闭轮廓106和107的分离，而没有偏移。
按照本发明，下面描述如何沿分离线切断玻璃。
图3所示为第一种可能的采用上面描述的方式如激光进行划线，以构成硬盘100的内径和外径的方法，划线深度为整个硬盘厚度。按照本发明，在用激光对内径和外径划分离线之后，将平板玻璃1的上侧朝下放置在具有设定硬度的底垫200上。最好将底垫200放在可旋转的工作台202上。当使用可旋转的工作台时，就能够较好地处理用于制造圆形玻璃基层例如硬盘的玻璃板，使切割下来的硬盘中心与工作台202的旋转中心精确重合成为可能。用冲压设备，例如小轮204或小球，在玻璃基层1上施加压力，并将设定的力F施加在外径的分离线上或内径的分离线上。进一步通过旋转工作台202获得切断线206。与轮或球的距离视玻璃基层上切断线206的位置而变化。这个影响可通过可调节的力进行补偿。
底垫200的硬度与所使用的切断力有关。一般而言，底垫200的硬度越小，所需的切断力越小。然而，控制软的底垫是非常困难的。
此外，已经发现轮204在划线110上定位精确性影响工件边缘的角度。而用宽轮时定位就不重要了。然而，由于会产生大的偏差，对于小的内径要有条件地使用宽轮。对于切断内径，使用球是明智的。
图4显示了除图3所示方法之外的另一种可选择的从平板玻璃1切断玻璃板的方法。用于切割任意形状玻璃板的平板玻璃1被放在由有机玻璃制成的韧性板300.1和300.2之间。平板玻璃1成为板300.1和300.2之间的夹层，从而构成一种堆叠板302。由平板玻璃1和韧性板300.1和300.2构成的堆叠板被放在具有孔304的底垫200上。通常孔的直径d0要大于形状像圆弧的分离线的直径dKT。
通过，例如冲压机306，在与孔304相对的一侧施加压力F，沿着分离线把玻璃板从平板玻璃上切割下来。冲压机306的直径ds比孔的直径d0小。力F导致韧性板300.1和300.2及平板玻璃1弯曲。这样就在划线或分离线110上产生了张应力。力F使得划线穿过平板玻璃1以便把平板玻璃的外部区域308.1从内部区域308.2上完全切割下来，内部区域对应于，例如，被切割的玻璃板的轮廓，也就是外径。按照本发明第二实施例的方法，平板玻璃1周围的韧性材料300.1和300.2有效地防止了由于横向应力造成的边缘被折断。并且，保护了平板玻璃的表面。
图5所示为本发明的第三实施例。平板玻璃1放在带有环形腔400的底垫200上。环形腔的内径di小于圆形分离线的直径dKT，分离线对应于从平板玻璃上切割下来的玻璃板的内径或外径。腔的外径dA大于形状像圆弧的分离线的直径dKT。如果通过连接部分402把真空设备应用到腔上，在平板玻璃1上就会受环形表面载荷。环形表面载荷会在划线或分离线110上产生张应力。从而使得划线穿过材料导致外部区域308.1与内部区域308.2完全分离，如同图4所示实施例。
上面描述的所有方法都适用于从平板玻璃1上切割或切断整个玻璃板，以及当玻璃板被用作形成例如硬盘时切割或切断内孔。
环形腔400导致划线处的张应力最大。然而，使用孔形腔，即没有直径为Di的中心部分的腔也可以实现本方法。并且一定要确保这样的孔形腔的直径DA大于形状像圆弧的分离线的直径dKT。
在另一个实施例中，可以经真空设备连接部分402将压缩空气引入到与腔相对的一侧，来代替在平板玻璃1的上侧使用真空设备。
下面给出本发明的一个具体实施例。
从尺寸为80×80×0.7mm的平板玻璃上切割下来一块外径为65mm、内径为20mm的硬盘板所用的步骤为：首先，用激光切割设备采用下面的方式在平板玻璃的上侧划线：先用金刚石在玻璃板上划线以在圆周上形成预划线；然后，用形成V形焦点的激光加热该板，并用乙醛和空气射流进行冷却。形成分离线之后，按照冲压机/环形物的方法切断内径和外径，直到：内径Φd(冲压机)＝20mm，d(环形物)＝50mm，h(有机玻璃)＝2mm；外径Φd(冲压机)＝65mm，d(环形物)＝80mm，h(有机玻璃)＝2mm，冲压机由电力控制的线性轴带动。
外部被切割或分离的部分用大约200℃的热空气进行隔离或分离，内部被切割或分离的部分用液态氮进行隔离或分离。
这些方法是新颖的划线和切断技术，通过使用这些方法可以实现从玻璃板上切断玻璃基层而不会造成表面损伤。
附图标记说明
1     平板玻璃
22    切割工具
24    玻璃表面
26    分离线
100   硬盘
102   激光焦点
104   冷却点
106   外部轮廓
107   内部轮廓
108   划线
110   激光划线
200   底垫
202   旋转工作台
204   轮
208   切断处
300.1 300.2韧性板
302   堆叠板
304   底垫的孔
306   冲压机
308.1 内部区域
308.2 外部区域
400   腔
402   真空设备连接部分

Claims (14)

1.一种从平板玻璃制造任何形状的玻璃板的方法，包括下面的步骤：
1.1在平板玻璃(1)的至少一侧用切割设备沿着轮廓划深度为T玻璃基层的分离线(26；110；106；107)，
1.2把平板玻璃(1)定位在底垫(200)上，
1.3在平板玻璃(1)上通过冲压设备施加设定的力F，以便沿着分离线(26；110；106；107)产生划线，
1.4其中，设定的力F的应用导致划线穿过整个平板玻璃(1)的厚度，
该方法的特征在于：
1.5平板玻璃(1)被放在两个韧性板(300.1，300.2)中间，从而使韧性板(300.1，300.2)和平板玻璃(1)形成堆叠板(302)，该堆叠板位于底垫(200)上，并且，
1.6底垫(200)具有孔(304)，该孔大于由分离线划出的形状的直径。
2.如权利要求1所述的方法，在切断后隔离玻璃板。
3.如权利要求1所述的方法，其中，玻璃板是用作存储介质的玻璃基层，并且其中，分离线对应于被分别指定为外径和/或内径的圆形分离线。
4.如权利要求1所述的方法，其中，切割设备是激光切割设备或机械切割设备。
5.如权利要求1所述的方法，其中，孔具有圆形轮廓。
6.如权利要求1所述的方法，其中，平板玻璃以分离线朝着孔或朝着几个孔的方式定位。
7.如权利要求1所述的方法，其中，韧性板由有机玻璃构成。
8.如权利要求1所述的方法，其中，施加力的设备包括带冲压面的冲压机(306)。
9.如权利要求8所述的方法，其中，冲压面的形状对应于分离线的轮廓。
10.如权利要求8所述的方法，其中，冲压面是圆形的。
11.如权利要求8所述的方法，其中，冲压面是环形的。
12.从平板玻璃(1)切断任何形状玻璃板的装置，包括
12.1底垫(200)，
12.2用于将被切断的平板玻璃(1)定位在底垫(200)上的定位设备，
12.3在平板玻璃(I)的至少一侧沿着轮廓划深度为T玻璃基层的分离线(26；110；106；107)的切割设备，
12.4在平板玻璃(1)上施加设定的力F的冲压设备，以便沿着分离线(26；110；106；107)产生划线，并且，设定的力F的应用导致划线穿过整个平板玻璃(1)的厚度，
该装置的特征在于；
12.5该装置包括两个韧性板(300.1，300.2)，平板玻璃(1)夹在这两个韧性板之间从而形成堆叠板(302)，该堆叠板位于底垫(200)上，这样，底垫(200)包括孔(304)，该孔大于玻璃板的形状的直径。
13.如权利要求12所述的装置，其中，施加力F的设备是冲压机(306)。
14.如权利要求12所述的装置，其中，底垫有形状大体上与分离线的轮廓一致的孔。
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