CN202729995U - 用于在玻璃片上形成开口的设备 - Google Patents

Abstract

在一个或多个薄玻璃片(10)上形成开口(13)的设备，其中该设备包括压板(31)、压板传送组件(36)和压板清洁组件(40)。该压板具有非顺应表面(32)，其接触玻璃片的主表面(12)，并用作用于在玻璃片上形成开口(13)的刻划头(21)的砧座。该压板传送组件使压板在压板运动平面内于休息状态和运转状态之间移动。该压板清洁组件包括：(a)擦拭器(41)，其具有休息状态和运转状态，当擦拭器处于其休息状态时擦拭器位于压板运动平面之外，且当擦拭器处于其运转状态时擦拭器与压板运动平面相交；(b)转换组件(43)，其使擦拭器在其休息状态和运转状态之间转换；和(c)传送组件(44)，其使擦拭器沿着压板移动，以去除可能会出现在压板表面(32)上的玻璃屑。

Description

用于在玻璃片上形成开口的设备

根据35USC§119，本申请要求于2011年2月23日提交的美国临时申请No.61/445,730的优先权，该美国临时申请的内容受到信赖，并通过引用整体纳入本文。 

技术领域

本公开内容涉及薄玻璃——即，厚度等于或小于500微米的玻璃——的机械刻划。如下文全面讨论的，在机械刻划期间，薄玻璃的表现不同于厚玻璃，从而会出现在厚玻璃刻划中不会遇到的问题。重复且可靠地刻划薄玻璃的需要愈发重要，因为薄玻璃越来越广泛地与移动（例如，手持）电子设备联合使用。 

定义 

用在本文中和权利要求中，短语“玻璃片（glasss heet(s)）”包括玻璃带（glass ribbons）和个体玻璃片（在本领域也被称为“玻璃嵌板（glass panes）”，或简称为“嵌板（panes）”）。这些短语也包括由（i）玻璃或（ii）玻璃陶瓷（glass-ceramics）组成的带和个体玻璃片。 

背景技术

玻璃刻划是片状玻璃制造中的基本处理之一。它被用来在玻璃表面上形成局部而非完全地延伸穿过该玻璃的厚度的“开口”。一旦形成，该开口就用作分离线（separation line），用于通过在该开口处对该玻璃施加弯矩或其他机械力，来把该玻璃受控地分成两块。 

机械刻划被用在玻璃制造过程中的多个点。例如，它被用来从移动玻璃带初始分离个体玻璃片。它也被用来把个体玻璃片修整成期望尺寸，以及把大玻璃片分割成较小的子块。 

图1示出了一个自动化机械刻划系统的基础部件。在这一图中， 100是玻璃片（例如，移动玻璃带），20是刻划组件，其具有刻划头21，且30是压板（platen）组件，其包括压板31。在刻划期间，该刻划头（例如，刻划轮或刻划点）沿着预定路径移动经过该玻璃片的主表面（在本文中被称为“前表面”），以形成期望的开口。为了在这一处理期间支撑该玻璃，该压板（即，现有技术中的顺应压板（compliant platen））与该玻璃片的对立表面（在本文中被称为“后表面”）接触。这样的压板（也已知为“突缘（nosings）”）可以在共同转让的美国专利申请公布文本US2008/0276646和US2009/250497A1中找到。 

过去，使用顺应压板来在机械刻划期间支撑玻璃片的后表面，已经成功地应用于厚度大于500微米的玻璃片，例如厚度为700微米的玻璃片——如在液晶显示器的制造中用作基板。然而，如下面详述的，根据本公开内容，已经发现用于厚玻璃的顺应压板并不能成功地应用于薄玻璃，即厚度小于或等于500微米的玻璃。尤其，已经发现薄玻璃片和顺应压板（即，具有顺应的玻璃接合表面的压板）的组合会导致不可靠的刻划。根据一个方面，本公开内容致力于解决这一问题。 

除了与顺应压板有关的问题，也已经发现，当重复地对薄玻璃进行机械刻划时，例如从玻璃带分离个体玻璃片——而非产生期望的开口——时，该处理导致玻璃以非受控的方式在刻划头的位置破裂。而且，破裂片的百分比会随着该处理继续进行而增加，即，该处理进入“死亡螺旋（death spiral）”。 

根据另一个方面，本公开内容致力于解决这一在薄玻璃片机械刻划期间的非受控破裂问题。它既识别了该问题的源头，又提供了对该问题有效的、可以容易地在例如已有的机械刻划处理的情境下实施的解决方案。 

实用新型内容

根据第一方面，公开了用于在玻璃片（10）上形成开口（13）的设备，包括： 

（I）压板（31），具有非顺应表面（32），其在所述设备的使用期间接触所述玻璃片（10）的主表面（12），并用作刻划头（21）的 砧座，所述刻划头在所述玻璃片（10）上形成开口（13）； 

（II）用于所述压板（31）的传送组件（36），其在所述设备的使用期间使所述压板（31）在压板运动平面内于休息状态和运转状态之间移动；以及 

（III）压板清洁组件（40），其包括： 

（a）擦拭器（41），其具有休息状态和运转状态，当所述擦拭器（41）处于它的休息状态时，所述擦拭器（41）位于所述压板运动平面之外，且当所述擦拭器（41）处于它的运转状态时，所述擦拭器（41）与所述压板运动平面相交； 

（b）转换组件（43），其在所述设备的使用期间使所述擦拭器（41）在它的休息状态和它的运转状态之间转换；以及 

（c）传送组件（44），其在所述设备的使用期间使所述擦拭器（41）沿着所述压板（31）移动，以去除可能会出现在所述压板的所述表面（32）上的玻璃屑（14）。 

根据第二方面，提供了根据第一方面所述的设备，其中所述擦拭器是垫子（pad）。 

根据第三方面，提供了根据第一方面所述的设备，其中所述擦拭器是旋转的刷子。 

根据第四方面，提供了根据第一方面至第三方面中任一所述的设备，其中所述非顺应表面是由钢制成的，且具有等于或大于20的洛氏硬度。 

以上对本公开内容的各个方面的概述中使用的参考标号仅为了方便读者，而不旨在也不应被解释为限制本实用新型的范围。更一般地，应理解，上文的总体描述和下文的详细描述都只不过是本实用新型的示例，从而旨在提供理解本实用新型的本质和特点的总览或框架。 

本实用新型的附加特征和优势将在下文的详细描述中阐述，且部分地是本领域技术人员从该描述中将明了的，或者是通过以本文的描述所例示方式来实践本实用新型而认识到的。附图被包括以提供对本实用新型的进一步理解，且被纳入本说明书并构成本说明书的一部分。应理解，本说明书中以及附图中公开的本实用新型的各个特征可以以任何和所有组合来使用。 

附图说明

图1是示出了一个自动化玻璃刻划系统的基础元件的示意图。 

图2是例示了一个薄玻璃片因压板的玻璃接合表面上存在玻璃屑而非受控破裂的示意图。 

图3是例示了一个刻划轮接近一个薄玻璃片的凸起位置的示意图，所述凸起位置是由压板表面上的玻璃屑造成的。 

图4是例示了在压板表面上存在玻璃屑的情况下一个刻划轮穿过一个薄玻璃片的示意图。 

图5是例示了一个刻划点接近一个薄玻璃片的凸起位置的示意图，所述凸起位置是由压板表面上的玻璃屑造成的。 

图6是例示了在压板表面上存在玻璃屑的情况下一个刻划点穿过一个薄玻璃片的示意图。 

图7是示出了本发公开内容的一个实施方案的一个薄玻璃刻划系统的休息状态的示意图。 

图8是例示了一个压板组件从它的休息状态到它的运转状态的转变的示意图。 

图9是例示了一个刻划组件从它的休息状态到它的运转状态的转变的示意图。 

图10是例示了通过一个刻划组件在一个薄玻璃片上形成开口的示意图。 

图11和12是例示了一个压板组件和一个刻划组件从它们的运转状态到它们的休息状态的转变的示意图。 

图13是例示了一个压板清洁组件从它的休息状态（具体地，它的第一休息位置）到它的运转状态的转变的示意图。 

图14是例示了通过一个压板清洁组件来清洁一个压板的玻璃接合表面的示意图。 

图15是例示了一个压板清洁组件从它的运转状态到它的休息状态（具体地，它的第二休息位置）的转变的示意图。 

图16是例示了一个控制器操作性地连接到一个刻划组件、一个压板组件和一个压板清洁组件的示意图。 

图17是例示了在已经从压板的玻璃接合表面清除玻璃屑之后一个薄玻璃片的没有非受控破裂的成功刻划的示意图。 

前述附图并未按比例绘制。 

具体实施方式

如上文讨论的，本公开内容涉及薄玻璃片的不可靠的机械刻划以及在这样的刻划期间非受控破裂的问题。 

该不可靠的刻划是由以下事实导致的：与厚玻璃片相比，薄玻璃片倾向于不那么平坦（例如，更为起伏），尤其是当该片的总体尺寸增大时。因此，刻划头与薄玻璃片的前表面的接合可沿着该刻划的长度而改变，例如，可能会存在该开口太深、太浅的区域，甚至会存在该刻划头不能产生任何开口的跳过区域。根据本公开内容，这一问题通过使用非顺应压板得以解决，所述非顺应压板允许刻划头“熨平（iron out）”薄玻璃片的起伏。 

尤其，发现，虽然用具有由各种顺应聚合物组成的玻璃接合表面的压板可以对厚玻璃片执行成功的机械刻划，但当同类型的聚合物被用于薄玻璃时，刻划会变得不可靠。通过增大压板的玻璃接合表面的硬度来恢复可靠性。例如，高性能聚合物，诸如聚醚醚酮（PEEK）聚合物，可以被用于压板的玻璃接合表面。钢的玻璃接合表面可以尤其有效，因为钢倾向于脱离玻璃屑。当使用钢时，对于厚度近似400-500微米的玻璃，该玻璃接合表面的硬度可以大于或等于洛氏（Rockwell）C20（HRC 20），或者对于厚度为100微米或更小的玻璃，该玻璃接合表面的硬度可以大于或等于洛氏C60（HRC 60），而中间硬度值被用于100微米和400微米之间的厚度。如果期望的话，洛氏C60钢可以被用于所有玻璃厚度。应理解，PEEK和钢是合适材料的两个实例，而如果期望的话，可以使用其他非顺应材料作为压板的玻璃接合表面。 

关于玻璃片的非受控破裂（开裂或破碎），发现，薄玻璃片刻划失效的主要源头是在压板的玻璃接合表面上存在玻璃屑。上述类型的非顺应玻璃接合表面的使用加剧了所述屑的问题，但根本上，是屑的存在与薄玻璃片的机械特性的结合导致了常规机械刻划处理当应用于薄玻璃片时的灾难性失败。 

图2-6例示了该问题及其源头。尤其，图2例示了薄玻璃片10在机械刻划期间随着刻划组件20移动经过该片的前主表面11而非受控破裂16。这一类型的破裂被称为“非受控的”，以区别于当玻璃片分成两块时发生在完成的开口处的受控破裂（受控开裂），例如当通过绕穿过该开口的轴线旋转个体玻璃嵌板来使所述嵌板从一个玻璃带分离时发生在该开口处的受控破裂。参见，例如，共同转让的美国专利No.6,616,025。 

非受控破裂的起因在图3和图4中示出，其中图3示出了刻划轮22接近压板31的玻璃接合表面32——例如上述类型的非顺应玻璃接合表面——上的玻璃屑14。薄玻璃片10覆盖在该玻璃屑上面。可以看到，由于该玻璃薄从而至少某种程度上可挠曲（pliable），所以该玻璃屑的存在可以在该玻璃片上导致出现凸起部位（凸起的堆状物）15。图4示出了这一凸起部位的效果，也就是，使该刻划轮突破穿过该薄玻璃片。这一突破导致了这一图和图2所示的非受控破裂16。在一些情况下，非受控破裂的风险可能源于玻璃屑尺寸与玻璃片厚度的比例，例如，该屑可以为该玻璃厚度的1/3的数量级或更大，在该情况下，即使没有形成堆状物，刻划头在该屑附近穿透该玻璃片也会变得非常可能。相对比，厚玻璃片足够刚硬，从而在玻璃屑的位置只会产生小斜坡，尤其是当压板的玻璃接合表面是顺应的时。这样的小斜坡极少会导致突破及其关联的非受控破裂。 

图5和图6示出了当用刻划点27（例如，点式金刚石）来替代刻划轮时相应的表现。再一次，玻璃屑的存在使该薄从而柔性的玻璃片上造成了凸起的堆状物，并且正如用刻划轮那样，当该刻划点接合该堆状物时，它突破该玻璃的整个厚度从而产生非受控破裂16。应注意，该刻划轮和该刻划点都不需要直接撞击该玻璃屑就会产生非受控破裂。而是，接触该凸起的堆状物与该玻璃屑相隔的部分就可以导致这一失效模式。 

本质上，在薄玻璃片的刻划期间由玻璃屑导致的问题由自身造成。在一个玻璃制造工厂中，总是存在某一水平的玻璃屑，但通常低到不足以干扰厚玻璃片的成功刻划。然而，发现，根据图2-6的机制，薄玻璃片非常容易发生刻划失效。非受控破裂的隐患方面在于，该破裂 产生了更多玻璃屑。玻璃屑倾向于通过例如静电效应附着至表面，包括压板的玻璃接合表面。因此，一旦薄玻璃片的机械刻划因玻璃屑机制开始失败，该问题只会恶化，因为生成了更多玻璃屑，从而增加了薄玻璃的凸起的堆状物被刻划头接触的可能性。因此，这一过程变为“死亡螺旋”，因为每个失效都增加了更多失效的可能性。 

既然这样识别了该问题及其源头，本公开内容通过把压板清洁循环联系至刻划处理来解决该问题。由于该非受控破裂问题的内在性质，在特定实施方案中，该压板清洁循环与该刻划处理同步地重复执行。例如，压板清洁可以在每次形成开口之后且刻划头再一次接合玻璃片的前表面以产生新的开口之前执行。尽管理论上可跳过一些刻划循环，但在实践中，这样的跳过代表了对稳定制造过程的非正当风险，由此应被避免。 

各种类型的设备可以被用来执行该清洁。在图7-16的实施方案中，该压板清洁系统具有便于其与自动刻划系统集成的结构，例如，作为已有玻璃刻划系统的翻新改进（retrofit）。图7示出了总系统的主要部件，也就是：刻划组件20，其包括刻划头21；压板组件30，其包括压板31，所述压板31具有玻璃接合表面32以及第一端33和第二端34；以及压板清洁组件40，其包括用于擦拭器41的转换组件43和传送组件44。 

为了方便表达，所述刻划组件、压板组件和压板清洁组件的主要可移动部件在图7-16中示出，应理解，这些组件可包括其他可移动部件以及在刻划周期期间保持静态的部件。相似地，图7-16中示出的运动仅为可被用在本公开内容的实践中的运动类型的代表。为了简化术语，下文的讨论涉及所述刻划组件、压板组件和压板清洁组件的运动，应理解为这并不意味着整个组件需要移动，而是意味着只有关乎实现组件功能的部分需要移动。 

图7示出了该系统处于完全休息状态，即，压板组件30、刻划组件20和清洁组件40各自处于它们相应的休息状态。如将在下面更全面地讨论的，在图7-16的实施方案中，清洁组件40的可移动部分的休息状态包括两个休息位置，一个休息位置与压板31的第一端33关联（例如，图7中例示的休息位置），另一个休息位置与该压板的第 二端34关联（例如，图15中例示的休息位置）。 

图8和图9例示了该压板组件和该刻划组件从它们的休息状态到它们的运转状态的转换。这样，在图8中，如箭头35所例示，该压板已经朝薄玻璃片10移动，使得该压板的玻璃接合表面32（例如它的非顺应玻璃接合表面）已经与该片的后主表面接触。以此方式，该压板的玻璃接合表面可在该开口的形成期间用作该刻划组件的刻划头21的砧座。 

压板32以箭头35的方向在图7的它的休息状态和图8的它的运转状态之间的运动限定了一个平面，其在本文中被称为“压板运动平面”。在图7和图8中，这一平面对应于这些图中示出的坐标系的x-y平面。尽管箭头35示出了该压板正在朝该薄玻璃片移动，但该片也可以朝该压板移动，例如，当刻划个体玻璃片而非玻璃带时。玻璃运动与压板运动的组合在一些情况下也可以是有用的。不论运动如何，从该薄玻璃片看来，该压板都将在该压板运动平面上朝该片移动。 

在图9中，如箭头23所例示，该刻划组件已经朝该薄玻璃片移动，以使该刻划头与玻璃片的前主表面接触，以准备沿预定路径（例如，一直线）在所述前主表面上形成开口13。大体上，该压板先于该刻划头与该薄玻璃片接触，尽管相反顺序或同时接触在一些情况下可以是有用的。 

在图10-13中示出了该刻划组件的进一步运动，也就是，在图10中形成开口13，以及在图11-13中该刻划组件返回它的休息状态。在一些情况下，该刻划组件可具有两个休息位置，一个与压板31的第一端33关联，另一个与第二端34关联。在一些情况下，该刻划组件将从该薄玻璃片的前主表面11移走，但不会经过该片的宽度全程返回，以准备下一个刻划周期。 

而且，与移动的玻璃片——例如移动的玻璃带——的刻划联合，该刻划组件和该压板组件可以在该开口的形成期间与该玻璃带同步移动，即，在开口形成期间，这些组件可以相对于该移动的玻璃片在该片的运动方向上为静态。该压板清洁组件也可以在开口形成期间随着该刻划组件和该压板组件移动，使得一旦该开口完成，它就将就位执行它的清洁功能。在该开口完成之后，这些组件可向上移动，以就位 形成经过该带的另一个开口。为了简化绘图，薄玻璃片10被假定为在图7-15中为静态。如果该片是移动的带，则一旦形成，开口13就将继续向下移动，而这些组件将向上移动，以准备下一个开口的形成。 

如图11和图12中所示，当刻划组件20返回它的休息状态时，压板组件30也是如此。如果期望，这些运动可以在时间上是分立的，例如，该刻划组件可首先返回至它的休息位置，然后该压板组件再返回至它的休息位置，或反之进行。 

当然，在玻璃片上形成开口的目的是通过受控破裂把该片分离成两块（见上文）。该分离可生成玻璃屑，从而压板清洁组件40的运转通常直到该分离已经出现才会发生。该清洁操作的第一步骤在图13中例示，其中擦拭器41已经从图7-12的休息位置移动到它的运转位置。如这些图中所示，擦拭器41是一个旋转的刷子。如果期望，可以使用其他形式的擦拭器，例如静态刷子、垫子等等。该擦拭器需要具有足够的机械强度来从该压板的玻璃接合表面32驱逐玻璃屑。如上文所述，玻璃屑可带有静电荷，从而可顽固地附着至它们接触的表面。据此，擦拭器41可由能向该玻璃接合表面施加大力的强材料构成，例如，该擦拭器可由高强度聚合物（例如尼龙）或钢纤维构成。 

当使用旋转的刷子时，可使用压缩空气作为旋转该刷子的动力。替代地，该刷子可以被电动机驱动。如果期望，一个或更多真空棒（未示出）可与压板31关联，用于收集由该擦拭器从该压板的玻璃接合表面释放的玻璃屑，例如，真空棒可以被放置在该压板的上方和/或下方，并且可以沿着该压板的基本整个长度延伸。而且，可以向该擦拭器应用局部的真空，以在玻璃屑被从该压板驱逐时捕获它们。 

擦拭器41从图7-12的休息状态到图13的运转状态的转换是由转换组件43执行的，转换组件43可以由，例如，压缩空气或电动机来驱动。如这些图中所示，擦拭器41具有轴42（例如，该旋转的刷子的轴），该轴从基本平行于该压板运动平面的位置移动到垂直于此平面的位置。以此方式，该擦拭器在开口13的形成期间不干扰该压板的运动，但在下一个开口的形成之前立即非常靠近以执行清洁处理。 

一旦处于运转位置，擦拭器41就通过使用传送组件44（见图14）被移动经过该压板的玻璃接合表面。该传送组件可包括，例如，长的 无杆气缸（rodless air cylinder），基本是该压板的长度。在擦拭器是刷子形式的情况下，旋转气缸可以被安装在该无杆气缸上，用于旋转该刷子。如果期望，可以使用其他线性运动和旋转装置。 

如图15中所述，在该压板的玻璃接合表面被清洁之后，转换组件43使擦拭器41返回至其轴基本平行于该压板运动平面的位置。如果期望，该压板清洁组件可以返回至图7中示出的初始位置。然而，因为以相反方向清洁该压板在去除玻璃屑方面可以是有益的，所以该压板清洁组件可以被留在图15中示出的休息位置，然后在下一个刻划周期的末尾——例如在该玻璃片下一次分离成两块之后——以相反方向经过该压板全程。 

所述刻划组件20、压板组件30和压板清洁组件40的各个运动可以使用控制器50来协调，控制器50通过双向通信链路51、52和53操作性地连接到这些组件（见图16）。该控制器可以是已编程的通用计算机，或者是已编程为执行刻划和压板清洁的专用计算机控制系统。另外，可以使用限制开关来避免该系统的各个运动部分之间的“碰撞”。 

如图17中示意性地例示的，通过使用本文公开的系统，即使对薄玻璃也能够实现成功刻划，且没有“死亡螺旋”的风险。除了增加产出，该系统还产生了具有较低表面颗粒水平的成品玻璃片，这对制造手持和其他移动电子设备是重要的。 

从前述公开内容中，本领域普通技术人员将明了不违背本实用新型的范围和主旨的多种变体。下列权利要求旨在覆盖本文阐述的具体实施方式以及这些实施方案的变体、改型和等效物。 

Claims (4)

1.一种用于在玻璃片上形成开口的设备，其特征在于，包括：

(I)压板，具有非顺应表面，其在所述设备的使用期间接触所述玻璃片的主表面，并用作刻划头的砧座，所述刻划头在所述玻璃片上形成开口；

(II)用于所述压板的传送组件，其在所述设备的使用期间使所述压板在压板运动平面内于休息状态和运转状态之间移动；以及

(III)压板清洁组件，其包括：

(a)擦拭器，其具有休息状态和运转状态，当所述擦拭器处于它的休息状态时，所述擦拭器位于所述压板运动平面之外，且当所述擦拭器处于它的运转状态时，所述擦拭器与所述压板运动平面相交；

(b)转换组件，其在所述设备的使用期间使所述擦拭器在它的休息状态和它的运转状态之间转换；以及

(c)传送组件，其在所述设备的使用期间，使所述擦拭器沿着所述压板移动，以去除可能会出现在所述压板的所述表面上的玻璃屑。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述擦拭器是垫子。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述擦拭器是旋转的刷子。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于，所述非顺应表面是由钢制成的，且具有等于或大于20的洛氏硬度。

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