本開示による、ガラス処理システムにおいて高温ガラスシートを成形するための真空金型シャトルシステムは、ガラスシートが成形される初期形状を定義する完全下向き面を有する金型を含む。金型は、金型の表面から真空チャンバに延在する一組の開口を有する真空チャンバを含む。
シャトルシステムはまた、その上に金型を取り付けるための少なくとも1つの接続面と、第1の位置で真空チャンバに作動可能に接続されて、第1の連結ポートを定義する第2の位置で開口を含む少なくとも1つの金型管路とを含む、金型支持フレームを含む。シャトルシステムはまた、一対の略平行の細長いビームを含むシャトルフレームを含み、ビームのそれぞれは、その上に金型支持フレームを受けて、支持するために、ビームの一端の近くに少なくとも1つの支持面を含む。
少なくとも1つの真空源は、金型支持フレーム支持面を含む端部と反対側のビームの端部の近くでシャトルフレーム上に取り付けられ、シャトル管路は、第1の位置で真空源に作動可能に接続される。シャトル管路は、第2の連結ポートを定義する第2の位置で開口を含む。金型の下向き面で選択的に真空引きするための、シャトル管路および金型管路を通る真空源から金型の真空チャンバまでの真空の連通を提供するために、第1の連結ポートを第2の連結ポートに解放可能に接続するためのコネクタ。
本開示の別の態様によると、少なくとも1つのガイド要素が、金型支持フレームを受けて、シャトルフレームに対する金型支持フレームの位置を固定するためにビームの1つの支持面上に取り付けられて、金型支持フレームがその上に支持されたときの、金型支持フレームのシャトルフレームに対する任意の方向への移動を防いでもよい。少なくとも1つの他のガイド要素が設けられてもよく、そのガイド要素は、金型支持フレームを受けて、シャトルフレームに対する金型支持フレームの位置を固定するためにビームの他の1つの支持面上に取り付けられて、金型支持フレームがその上に支持されたときの、金型支持フレームのシャトルフレームに対する第1の方向への移動を防ぐが、金型支持フレームのこの支持フレームに対する第2の方向への移動は可能にする。
本開示の別の態様によると、本明細書で説明される真空金型シャトルシステムは、高温ガラスシートを成形するための三段式成形ステーションで使用するために提供され、シャトルシステムは、ガラスシートが成形プロセスの第1段階で成形される初期形状を定義する完全下向き面を有する第1の上側金型を含む。開示された実施形態によると、三段式成形ステーションは、次いで、ガラスシートが重力下で垂れ下がるので、第1の上側金型からのガラスシートを受ける上向きの下側金型を含む。成形ステーションの下向きの第2の上側金型は、上向きの下側金型に相補的であり、下側金型および第2の上側金型の形状に対応する湾曲を有するガラスシートをプレス成形するために、下側金型と協働する。
本開示の別の態様によると、三段式成形ステーションはまた、第1の上側金型を含むシャトルが、第2の上側金型によるプレス成形をその後実行するためにガラスシートを次に受け取る下側金型の上にガラスシートを配置するように水平に移動する前に、第1の上側金型がガラスシートを受け取るコンベヤを含む。この開示された実施形態は、加熱チャンバを有するハウジングも含み、搬送の水平面に沿ってハウジングの加熱チャンバに高温ガラスシートを搬送するためのロールコンベヤによって具現化されるコンベヤを有する。シャトルは、ロールコンベヤより上のピックアップ位置と、ピックアップ位置から水平方向に離れた下側金型の上の搬送位置との間に第1の上側金型を配置するために、加熱チャンバ内で水平に移動可能である。本実施形態において、第1の上側金型のための真空源は、第1の上側金型が直面する比較的高い温度への真空源の曝露を減らすために、加熱チャンバから最も離れた金型シャトルフレームの端部に配置されてもよい。
ガスリフトジェットアレイは、最初に成形して、第1の上側金型の下向き面に対してガラスシートを支持するためにそのピックアップ位置に配置されるとき、ロールコンベヤから第1の上側金型までガラスシートを上向きに持ち上げるための上向きのリフトジェットを供給するために、搬送の面より下に配置されてもよい。第2の上側金型は、第1の上側金型のピックアップ位置から、加熱チャンバ内で横に間隔をあけられ、搬送の面の高さより上に配置される上側位置と、搬送の面の高さにより近い下側位置との間で垂直方向に移動可能であり、第2の上側金型は、ガラスシートの所望の湾曲をさらに定義する下向き凸形状の下向き面を有する。
第2の真空源は、第2の上側金型の下向き面で選択的に真空引きするために設けられてもよい。下側金型は、第2の上側金型より下で加熱チャンバ内に配置され、シャトル真空源によって引かれた真空によってその上に支持されたガラスシートとともに、シャトルおよび第1の上側金型がその搬送位置に移動した後も、第1の上側金型より下にある。次いで、シャトルの真空は、下側金型上にガラスシートを解放するために終了してもよく、シャトルは、第1の上側金型をそのピックアップ位置に戻すように作動してもよい。
次いで、第2の上側金型は、ガラスシートをさらにプレス成形するために、その上側位置から下側金型と協働するその下側位置まで下向きに移動し、第2の上側金型は、その後、第2の上側金型と関連する真空源によってその下向き面で引かれる真空によって第2の上側金型上に支持されるプレス成形ガラスシートとともに、その上側位置まで上向きに移動する。
搬送金型は、その上側位置における第2の上側金型上のプレス成形ガラスシートの下に移動して、その後、真空は終了し、ガラスシートは、次いで、プレス成形ガラスシートの搬送のために成形ステーションから移動する搬送金型上に、第2の上側金型から解放される。
加熱チャンバ、ロールコンベヤ、および、第1の上側金型と、ガスリフトジェットアレイと、第2の上側金型と、真空源と、下側金型と、搬送金型とを含むシャトルシステムを作動させるために1つまたは複数の制御装置を利用して、ガラスシートのプレス成形およびその搬送を実行してもよい。
例示的な実施形態が図示されて開示されるが、このような開示が特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではない。さまざまな変更および代替的な設計が本開示の範囲から逸脱することなく行われてもよいことが予想される。
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示される。しかしながら、開示される実施形態は、さまざまなおよび代替的な形態で具現化されてもよい本発明の単なる一例であることが理解されるべきである。図面は必ずしも原寸に比例したものではない。いくつかの特徴は、特定の構成部品の詳細を示すために誇張または最小化されている場合がある。したがって、本明細書に開示される特定の構造的および機能的詳細は、限定として解釈すべきではなく、単に、本発明を実施するために当業者に教示するための代表的基礎として解釈すべきである。
図1〜3を参照すると、全体として10で表される、高温ガラスシートを成形するための真空金型シャトルシステムは、ガラスシートが成形される初期形状を定義する完全下向き面14を有する金型12を含む。金型12はまた、真空チャンバ16から表面14まで延在する一組の開口18を有する真空チャンバ16を含む。金型支持フレーム20は、その上に金型を取り付けるための少なくとも1つの接続面22と、第1の位置64で真空チャンバ16に作動可能に接続される少なくとも1つの金型管路24とを含む。第1の連結ポート26を定義する開口は、金型管路24上の第2の位置に設けられる。
開示された真空金型シャトルシステム10はまた、一対の略平行の細長いビーム30、32を含むシャトルフレーム28を含む。ビーム30、32のそれぞれは、その上に金型支持フレーム20を受けて、支持するために、ビームの一端の近くに少なくとも1つの支持面34を含む。金型12が加熱された周囲内で移動するとき、ビームの一部が加熱された周囲に出入りするときに生じるとこがあるビームの熱膨張または収縮を制限するために、ビーム30、32のそれぞれは水冷されてもよい。
少なくとも1つの真空源36は、金型支持フレーム20と反対側のビーム30の端部の近くでシャトルフレーム28上に取り付けられてもよい。少なくとも1つのシャトル管路38は、第1の位置で真空源36に作動可能に接続され、第2の連結ポート40を定義する第2の位置で開口を含む。金型12の下向き面14で選択的に真空を引く(および/または正圧を作成する)ための、真空源36からシャトル管路38および金型管路24を通る真空の連通を提供するために、第1の連結ポート26を第2の連結ポート40に解放可能に接続するためのコネクタ42。
図1〜6を参照すると、開示された実施形態において、真空源は、金型フレーム20が配置される端部と反対側の端部のシャトルフレーム28上に取り付けられる一対のガスジェットポンプ36、37に供給される正圧空気によって提供される。一対の金型管路24、25は、一端で、金型12の真空チャンバ16に作動可能に接続され(たとえば、位置64、65などで)、それぞれは、第1の連結ポート26を定義するコネクタプレート27を含む他端で、開口を含む。この開示された実施形態において、各ガスジェットポンプ36、37は、ビーム30、32に沿って、可能であれば、ビーム30、32の高さプロファイル内で、金型12が支持されるシャトルの端部まで延在するように形作られる別々のシャトル管路38、39に、作動可能に接続される。シャトル管路38、39のそれぞれは、第2の連結ポート40を定義するコネクタプレート41を含む、金型12に最も近い端部で開口を含み、金型12がシャトルフレーム28上に設置されるとき、金型管路24、25のそれぞれにある第1の連結ポート26は、シャトル管路38、39のそれぞれにある第2の連結ポート40と整列する。次いで、管路38と24(および、39と25)を連結し、金型12の真空チャンバ16を真空源36、37と接続するために、リテーナクリップ42がコネクタプレート27および41上に摺動可能に設置される。
ガスジェットポンプ36、37は、より高いおよびより低い程度の真空引きが可能であるように、ならびに、後でより詳細に説明されるように成形作業中にガラスシートを解放するための正圧空気を提供することが可能であるように、McMasterの米国特許第4,202,681号明細書およびMcMasterの米国特許第4,222,763号明細書によって開示されている種類のものでもよい。
図1、3、および7を参照すると、開示された実施形態において、第1のガイド要素44は、金型12を受けて、シャトルフレーム28に対する金型12の位置を固定するために、ビーム30のうちの1つの支持面34のうちの1つに取り付けられる。第1のガイド要素44は、ビーム支持面34に固定されて、ビーム支持面34から上向きに延在する(または、代わりに、金型フレーム20から下向きに突出する)アライメントキー46と、金型支持フレーム20上に(または、代わりに、ビーム支持面34上に)配置される無料の受け部であるキー溝48とを含んでもよく、金型12および金型支持フレーム20がシャトルフレーム28上に設置されるとき、アライメントキー46はキー溝48内に受けられ、それによって、金型12を固定位置に位置合わせする。開示された実施形態において、キー46およびキー溝48は「+」に形作られ、キー溝48へのキーの係合により、金型フレーム20がガイド44の位置で、ビーム30に対する所定の位置に固定されることを保証する。キー溝48内へのキー46の係合がこの位置でビーム30に対する金型フレーム20のすべての移動を制限する限り、キー46およびキー溝48は代わりに「X」などの他の形状で構成されてもよいことはいうまでもない。
図1および8を参照すると、金型フレーム20をビーム32上の所望の位置に合わせるために、第2のガイド50が他のビーム32上に配置されてもよい。開示された実施形態において、ビーム32と関連するガイド50は、ビーム32および金型フレーム20上にそれぞれ取り付けられる(または、逆もまた同じ)第2のキー52および無料形状のキー溝を含み、ビーム32の1つの軸(長さ方向など)に沿って位置決め金型フレーム20を固定するが、ビーム32の別の軸(幅方向など)に沿った金型フレーム20の移動は可能にする。開示された実施形態において、第2のキー52は「−」に形作られ、対応するキー溝は、キー52をその中に受けて、ビーム32に対する1つの方向(たとえば、シャトルフレームの長さに沿った方向など)への金型フレーム20の移動を防ぐが、キーが別の方向(たとえば、シャトルフレームの長さ方向に対する横方向など)に摺動することを可能にするように好適に寸法決めされるスロットである。
これらの説明された形状で第1のガイド44および第2のガイド50を利用することによって、金型12および金型フレーム20は、シャトル支持ビーム30、32上で、1つの方向の(たとえば、長さ方向に沿った)固定位置で位置合わせされる。さらに、金型フレーム20は、第1のガイド44で、ビーム30に対するすべての方向で所定の位置に固定されるが、金型フレーム20は、第2のガイド50で、ビーム32の長さ方向に対する横向きの方向へビーム32に対して移動することが可能になる。したがって、この配置は、ガイド44でシャトルフレーム28上の固定された点に金型を位置合わせするが、金型フレーム20(そして、金型12)が、シャトルビーム32に対して、ガイド50で選択された方向(たとえば、ビーム32の長さ方向に対する横方向)に移動することを可能にすることによって、金型12およびフレーム20が加熱された周囲に出入りするときに生じることがある、たとえば、任意の熱膨張または収縮を可能にする。
ここで図9および10を参照すると、開示された真空金型シャトルシステムは、ガラスシートを加熱するために、加熱された周囲を提供するための加熱チャンバ204を有する炉202を含む、全体として200で表されるガラスシート成形システムで採用されてもよい。システムのコンベヤ206は、略水平に延在する向きに、加熱されたガラスシートを搬送し、好ましくは、McMasterの米国特許第3,806,312号明細書、McMasterらの米国特許第3,934,970号明細書、McMasterらの米国特許第3,947,242号明細書、および、McMasterらの米国特許第3,994,711号明細書で開示されるようなロール208を含むロールコンベヤタイプのものである。システム200の三段式成形ステーション210は、本開示に従って構築されて、その方法を実行し、成形ステーションおよび成形方法の両方は、本開示の異なる態様の理解を容易にするために、一体的に説明される。成形ステーション210は、上記の米国特許第4,661,141号明細書および本出願の上記の背景技術に示される他の米国特許に開示されたものといくらか類似のプレス成形を有する構造を有する。さらにまた、成形ステーション210は、図10に最もよく示されているように、成形ステーションの成形機器216が配置される加熱チャンバ214を定義する絶縁されたハウジング212を有する。
図10〜12に示されるように、ガラスシート成形機器216は、開示された真空金型シャトルシステム10’を採用してもよく、そのシステムは、高温ガラスシート成形の第1段階中、軟化されたガラスシートを加熱器コンベヤ208からピックアップし、次いで、ガラスシートを水平に、下側金型222が配置された図11に示される搬送位置まで移動させて、ガラスシートGを下側金型222の上に自重垂れで解放する第1の上側金型12’を含む。よって、形状をより正確に制御できるように、自重垂れについての時間は比較的制限される。
ガラスシートが第1の上側金型12’によって下側金型222の上に置かれた後、第1の上側金型12’は、図11のその搬送位置から図10のそのピックアップ位置まで戻り、第2の上側金型220は、ガラスシートのプレス成形時、下側金型222と協働するために、図12に示すように下向きに移動する。第2の上側金型220の対向面270上でのガラスの真空成型も、必要に応じて実現してもよい。プレス成形後、第2の上側金型220は、引かれる真空によってその下向き面270に対して支持されるガラスシートとともに上向きに移動し、図10に示される搬送金型224は、成形後ステーション(たとえば、急冷ステーション226など)から成形ステーション210に移動して、さらなる処理のために、成形ステーション210から(開示された実施形態の急冷ステーション226などへ)移動させるために、成形されたガラスシートを受ける。
図10に示されるように、この開示された実施形態において、第1の上側金型12’は、接続244を通してアクチュエータ242によって移動される細長いビーム30’、32’(1つのみ示される)を含むシャトルフレーム28’によって支持される支持フレーム20’を有する。これらのビーム30’、32’は、1つまたは複数のアクチュエータ248によって取り付けられる1つまたは複数の関連するローラ246によって一端で支持される。ビーム30’、32’の他端は、アクチュエータ249(図1参照)によって駆動される垂直リフト機構262を含んでもよいキャリッジ260(図1に最もよく示される)によって支持されてもよい。本実施形態において、ローラ246、リフト機構262、ならびにそれらの関連するアクチュエータ248および249は、その作業中、ビームの垂直移動(および、それによる、第1の上側金型12’の垂直移動)を提供するように制御されてもよい。より詳細には、第1の上側金型12’は、ガラスシートの初期ピックアップのために、コンベヤ206から下向きに約1/2インチ(12〜15mm)移動させることができ、次いで、コンベヤロール208の端部より上に配置されるカバー250より上に移動するように上向きに移動させることができる。横方向ローラ252はまた、第1の上側金型12’の移動中、図10に示されるそのピックアップ位置と図11に示されるその搬送位置との間での横方向の位置決めを提供するために、ビーム30’の1つに接触する。ローラ246および252を含むシャトル位置決めシステムの1つの実施形態は、同時係属中の米国特許出願第62/249,697号明細書(代理人整理番号GLT 1991 PRVで開示されており、その開示内容は本願に完全に組み込まれることは認識されるべきである。
したがって、図10〜12に示されるステーション210は三段階で作動し、ガラスシートは、第1の方向の湾曲および第1の方向に対して横方向の第2の方向の直線要素を有する第1の上側金型12’上で、図11に示されるその搬送位置の第1の上側金型12’から受けた後の下側金型222上での重力によって、最後に、第2の上側金型220と下側金型222との間のプレス成形、および/または、図12に示される第2の上側金型220での真空成型によって、成形されてもよい。開示された真空金型シャトルシステム10は、三段式成形システムの他の実施形態などの他の多段式成形システムで採用されてもよいことが理解されるであろう。成形システムは、「Three Stage Forming Station And Method For Forming A Hot Glass Sheet With Transverse Curvature」と題される米国特許第9,452,948B2号明細書に開示されているさらなる詳細を含んでもよく、その開示内容は本願に完全に組み込まれる。
再び図10を参照すると、図示される下側金型222は、垂直移動のために、ねじジャッキなどのアクチュエータ256によって支持されるフレーム構造254によって支持されてもよい。この垂直移動は、第1の上側金型12’が下側金型222の上に、次いで上向きに移動することを可能にするために下向きとすることができ、位置決めを制御するために、ガラスシートの解放がより近くで離間した関係となる。さらに、下側金型222の垂直移動は、プレス曲げを実行するために、第2の上側金型220の垂直移動と連携して使用することができる。
ガスリフトジェットアレイ258は、図10に示されるように、成形ステーションに含まれてもよい。ガスリフトジェットアレイ258は、高温ガラスシートの搬送の面Cより下に配置され、ガラスシートGをロールコンベヤ206から上向きに持ち上げるために上向きのガスジェットを供給するガスジェットポンプを含み、最初に成形して、次いで、前述のとおり下側金型より上に設置される第1の上側金型12’の下向き面14’に対してガラスシートを支持し、ガラスシートは図11に示されるようにその下向き面に対して支持される。ガスジェットポンプは、持ち上げを提供するために、そこからの一次ガス流が、一次ガス流の何倍もの二次ガス流を引き起こすような、McMasterらの米国特許第4,204,854号明細書およびMcMasterらの米国特許第4,356,018号明細書によって開示されている種類のものでもよい。第1の上側金型12’の下向き面14’は、ガラスシートの初期持ち上げも提供し、次いで本明細書に説明されるようにガラスシートを支持するために、真空が引かれてもよい真空孔18’のアレイも有する。ガラスシートの解放は、引かれた真空の終了および前述のガスジェットアレイ258によって提供される上向きのガスジェットの終了によって、ならびに、金型表面14’に正圧ガスを提供することによって、提供することができる。
ガスジェットリフトアレイ258の1つの実施形態は、「Lift Device For A Glass Processing System」と題される、同時係属中の米国特許出願第14/929,799号明細書(代理人整理番号GLT 1993 PUS)で開示されていることは認識されるべきであり、その開示内容は本願に完全に組み込まれる。
システム200は、上記の構成要素の作動を制御するために、図9に示される制御装置または制御ユニット88をさらに含んでもよい。制御ユニット88は、第1の上側金型12’のための真空源36、37ならびに真空金型シャトルシステムアクチュエータ242、248、および249、加熱器204、ローラコンベヤシステム206、第2の上側金型220、下側金型222、搬送金型224、ならびに急冷ステーション226などの、システム200のさまざまな構成要素と接続するための多くの接続90を有してもよい。さらにまた、制御ユニット88は、ガラスシートGのプレス成形ならびにその搬送および急冷を実行するために、上記構成要素の作動を制御するための任意の好適なハードウェアおよび/またはソフトウェアを含んでもよい(たとえば、本明細書に説明される機能によって表される特定のアルゴリズムを実行するため)。たとえば、制御ユニット88は、1つまたは複数の記憶装置またはメモリユニットと通信する1つまたは複数のプロセッサを含んでもよく、その記憶装置またはメモリユニットは、制御ユニット88が真空金型シャトル10ならびにガラスシート成形システムの他の上記の構成要素の作動を制御できるように1つまたは複数のプロセッサによって実行可能であるコンピュータ可読プログラム命令を含む。制御ユニット88は、さらに、または代わりに、1つまたは複数の特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックデバイス、および/またはデジタル信号プロセッサを含んでもよい。接続90の代わりに、制御ユニット88は、上記の構成要素のうちの1つまたは複数に無線で接続してもよい。さらにまた、真空金型シャトルシステム10の制御ユニットは、制御ユニット88の一部でもよく、または、制御ユニット88から分離されているが、制御ユニット88と通信するように構成されてもよい。
成形ステーション210の開発中、この発明者たちは、上側金型での初期成形時の複合湾曲(すなわち、複数の非平行軸まわりの湾曲)を有するガラスシートの成形は、平坦なガラスシートが直線要素なしで横断方向に湾曲を有するとき、ガラスシート外縁の過剰なガラスのためにガラスシートの中央可視領域で座屈を引き起こす可能性があり、このような座屈はガラスの中央可視領域における透過および/または反射に関して歪んだ光学特性をもたらすことを確認した。また、成形の初期段階中の直線要素を有する第1の上側金型を使用し、次に、下側金型上の重力垂れ成形が他の軸(たとえば、第1の上側金型の湾曲の軸に対して横方向の軸)まわりの湾曲を開始することを可能にし、続いて、ガラスシートの最終的なプレス成形を実行することにより、成形されたガラスシートの中央可視領域における透過および反射の両方に関する光学的歪みを減少させることも確認した。本出願のために、「直線要素」という用語は、成形の第1段階後の、第1の上側金型表面14’およびガラスシートの2つの対向する端部の間の直線を意味し、その直線は、金型表面および最初に成形されたガラスシートが、端部間の距離の約0.5%、好ましくは約0.3%だけ移動する中間点を有する。
図13のフローチャートを参照すると、図10〜12の実施形態は、ガラスシートGを炉で加熱することによるプレス成形作業の開始(300)、続く、成形ステーションへの搬送(302)、続いて、第1の上側金型が第1段階の初期成形のための搬送からのガラスシートの受け取り(304)、次いで、下側金型の上への第1の上側金型およびガラスシートの水平移動(306)を実行する。次いで、下側金型上への第1の上側金型からのガラスシート解放が、第2段階における自重垂れを提供し(308)、第2の上側金型は、第3段階における(第1の上側金型の湾曲の軸に対して横方向の軸(単数または複数)まわりの湾曲を含む)複合湾曲によるプレスおよび/または真空成形のために下側金型まで下向きに移動する(310)。次いで、第2の上側金型およびガラスシートは上向きに移動し(312)、続いて、成形されたガラスシートを受けるために第2の上側金型の下に搬送金型を移動し、次いで、成形後処理ステーションへの搬送のために成形ステーションからそれを移動させる(314)。
図10〜12の開示された実施形態は、開示された構造の垂直位置決めによって、サイクル時間を減少させることができる。この開示された実施形態において、垂直位置決めにより、第1の上側金型12’および搬送金型224の両方が同時に第2の上側金型220の下にあることを可能にし、その結果、連続するサイクルはサイクル時間を減少させるように重なる。
前述の特許のすべては本出願の出願人に付与されて、参照により本明細書に組み込まれる。
例示的な実施形態について上記に説明したが、これらの実施形態は、本発明のすべての可能な形態を記載することを意図するものではない。むしろ、本明細書で使用される文言は限定ではなく説明する文言であり、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を行うことができるのは当然のことである。さらに、本発明の別の実施形態を形成するために、さまざまに実施した実施形態の特徴を組み合わせることができる。
図10〜12に示されるように、ガラスシート成形機器216は、開示された真空金型シャトルシステム10’を採用してもよく、そのシステムは、高温ガラスシート成形の第1段階中、軟化されたガラスシートを加熱器コンベヤ206からピックアップし、次いで、ガラスシートを水平に、下側金型222が配置された図11に示される搬送位置まで移動させて、ガラスシートGを下側金型222の上に自重垂れで解放する第1の上側金型12’を含む。よって、形状をより正確に制御できるように、自重垂れについての時間は比較的制限される。