TW201815700A - 用於彎曲薄玻璃片的設備與方法 - Google Patents

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蜜雪兒瑪莉路易絲 費德荷姆
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Abstract

藉由將玻璃片（10）的大的平坦區域（14、16）支撐在大的平坦支撐件（106L、106R）上，在玻璃片（10）中形成局部彎曲，大的平坦支撐件（106L、106R）相對於彼此鉸接，同時留下待形成局部彎曲的玻璃片的區域（12）未支撐。藉由鉸接大的平坦支撐件（106L、106R）並局部加熱（110）玻璃片（10）的未支撐區域（12）而施加到玻璃片（10）的彎曲力的結合產生局部彎曲。

Description

用於彎曲薄玻璃片的設備與方法
本揭露書關於用於彎曲薄玻璃片的設備和方法。
高強度、薄玻璃片的出現促使了在各個市場對由這些片所形成的三維（3D）玻璃製品的需求，重點是3D玻璃製品具有平坦部分和高度彎曲、局部化形狀的結合。一個令人感興趣的3D玻璃製品在兩個大的平坦區域之間具有中心局部彎曲。具有這種形狀的玻璃製品可例如用作建築或汽車內部應用中的控制台，其中大的平坦區域的一個可接收層壓顯示器，而大的平坦區域的另一個可對應於其它功能，如，杯架、CD槽及類似者。這些較新的應用通常要求3D玻璃製品具有良好的裝飾表面品質，滿足在平坦區域中的覆蓋顯示要求，亦即，在平坦區域中幾乎完美的平坦度和無光學變形，及在平坦區域之間小到中等範圍的局部彎曲，如，彎曲半徑小於100mm。當藉由再形成薄玻璃片來形成成形玻璃製品時，這些要求與結合的平坦和彎曲區域呈現出挑戰。在彎曲區域中能夠進行3D成形的再成形條件通常不適於維持平坦區域中的平坦度，且有利於維持平坦區域中的平坦度的再成形條件通常不適合於彎曲區域中的3D成形。這些相互衝突的再成形條件通常限制了形成3D玻璃製品的等溫製程的有效性。
用於形成彎曲玻璃片的非等溫製程是本領域已知的。美國專利公開案第2013/0329346號（Dannoux等人，「Method and Apparatus for Bending a Glass Sheet and an Electronic Device Casing」，2013年12月12日）中揭露了一個實例。在Dannoux等人的公開案中，玻璃片的平坦區域安置在支撐件的平坦表面上，而玻璃片的彎曲區域懸伸於支撐件。將整個玻璃片加熱至初始溫度。接著，使用局部加熱器以將彎曲區域加熱到大於初始溫度的溫度。局部加熱器沿著彎曲區域平移，同時彎曲力施加到彎曲區域，導致根據藉由移動的局部加熱器所施加的熱帶的位置而在彎曲區域中逐漸形成的彎曲。因為懸伸彎曲區域未支撐，所以彎曲區域不能太大，以避免當形成彎曲時，彎曲區域的不受控下垂。該方法通常受限於形成具有非常小的曲率半徑（如，2至20mm）和短彎曲（如，20至100mm）的彎曲。
美國專利第4081263號（Mestre等人，「Method and Apparatus for Bending a Sheet of Vitreous Material」，1978年3月28日）中揭露了非等溫製程的另一個實例。在Mestre等人的專利中，在反應桿上佈置玻璃質片，使得片與反應桿的接觸線對應於所欲彎曲片的位置。鐙(Stirrup)被降低，使得它們在片的端部邊際上施加向下的力。佈置在片之上方的第一組加熱元件均勻地加熱片。佈置在片和反應桿之間的接觸線之上方的第二組加熱元件在彎曲區域中局部加熱片。當片的彎曲區域達到其軟化溫度時，彎曲力使得片圍繞在片和反應桿之間的線接觸而彎曲。位於彎曲區域任一側上的片的葉片在他們的重量和由鐙所施加的彎曲力下允許下垂。鐙的樞轉運動移動片支撐桿與玻璃質片接觸，使玻璃質片從反應桿升起。然而，當玻璃質片處於軟化溫度並與反應桿接觸時，存在有反應桿在彎曲區域中的玻璃質片上留下印記的風險。
本揭露書的第一態樣包括一種用於在玻璃片中形成局部彎曲的設備。在一個說明性實施例中，該設備包括：鉸接框架，具有第一框架段和鄰近第一框架段而佈置的第二框架段，其中第一框架段和第二框架段的至少一個可樞轉，使得在第一框架段和第二框架段之間的角度可藉由在第一框架段和第二框架段之間的相對樞轉運動而調節。鉸接框架進一步包括：安裝在第一框架段上用於支撐玻璃片的第一翼區域的第一玻璃片支撐板和安裝在第二框架段上用於支撐玻璃片的第二翼區域的第二玻璃片支撐板。在第一和第二玻璃片支撐板的相對端之間形成間隙。當玻璃片的第一和第二翼區域分別支撐在第一和第二玻璃片支撐板上時，玻璃片的彎曲區域曝露於間隙。間隙界定了無接觸成形區域，其中可在玻璃片的彎曲區域中形成局部彎曲而不觸碰彎曲區域。該設備進一步包括至少一個鉸接機構，用於相對於另一個框架段樞轉第一和第二框架段的至少一個，以在第一和第二框架段之間形成選擇角度。該設備進一步包括設置在間隙附近的局部加熱裝置，用於局部加熱曝露於間隙的玻璃片的彎曲區域。
這份揭露書的第二態樣可包括如第一態樣所述的設備，並可進一步包括呈現間隔關係的兩個支架。鉸接框架可佈置在兩個支架之間並耦接到兩個支架，且第一框架段可相對於兩個支架而旋轉。
這份揭露書的第三態樣可包括如第二態樣所述的設備，其中第二框架段附接到兩個支架，且不能相對於兩個支架而旋轉。
這份揭露書的第四態樣可包括如第二或第三態樣所述的設備，並可進一步包括設置在兩個支架的至少一個上的可調節止動件，以在一旦選擇角度形成在第一和第二框架段之間時限制第一框架段的樞轉。
這份揭露書的第五態樣可包括如第二至第四態樣任一態樣所述的設備，並可進一步包括安裝到兩個支架的兩個軸承組件和可旋轉地支撐在軸承組件的每一個中的軸。第一框架段可耦接到軸的每一個，使得軸的旋轉引起第一框架段的樞轉。
這份揭露書的第六態樣可包括如第五態樣所述的設備，其中支撐在軸承組件的一個中的軸的一個耦接到至少一個鉸接機構，且支撐在兩個軸承組件中的兩個軸耦接到跨過鉸接框架而延伸的橫向連結桿，使得兩個軸都可使用至少一個鉸接機構而旋轉。
這份揭露書的第七態樣可包括如第五或第六態樣所述的設備，其中軸承組件的每一個包括偏置軸承。
這份揭露書的第八態樣包括如第一態樣所述的設備，並進一步包括配重，用於當第一框架段相對於第二框架段樞轉並以相對於第二框架段的選擇角度保持時，平衡第一框架段的重量並將設備維持在穩定位置。
這份揭露書的第九態樣包括如第一至第八態樣任一態樣所述的設備，其中第一和第二玻璃片支撐板的每一個由玻璃或玻璃-陶瓷材料所製成。
這份揭露書的第十態樣包括如第一至第八態樣任一態樣所述的設備，其中第一和第二玻璃片支撐板的每一個由透明材料所製成，具有32×10-7 C-1 或以下的熱膨脹係數，及至少70％的紅外線範圍中的透射率。
這份揭露書的第十一態樣包括如第一至第十態樣任一態樣所述的設備，並進一步包括除了局部加熱裝置之外的加熱裝置，用於將整個玻璃片加熱到預熱溫度。
這份揭露書的第十二態樣包括如第一至第十一態樣任一態樣所述的設備，其中局部加熱裝置包括電線加熱器。
這份揭露書的第十三態樣包括如第一至第十一態樣任一態樣所述的設備，並進一步包括佈置在間隙和局部加熱裝置附近，在用以將來自局部加熱裝置的熱量朝向間隙反射的位置中的反射器。
這份揭露書的第十四態樣包括如第十三態樣所述的設備，其中相對於間隙區域的局部加熱裝置的高度和反射器的高度可調節的。
這份揭露書的第十五態樣包括如第十三或第十四態樣所述的設備，其中反射器可相對於間隙旋轉，以調節從局部加熱裝置朝間隙反射的熱量的方向。
這份揭露書的第十六態樣包括如第一至第十五態樣任一態樣所述的設備，其中鉸接框架具有平坦位置，其中第一和第二框架段位於同一平面中，且其中鉸接框架當在平坦位置中時相對於水平面傾斜。
這份揭露書的第十七態樣包括一種彎曲玻璃片的方法。在一個說明性實施例中，該方法包括以下步驟：藉由將玻璃片的第一翼區域的表面與第一玻璃片支撐板的表面相接觸來支撐玻璃片的第一翼區域，第一玻璃片支撐板附接到鉸接框架的第一框架段。該方法進一步包括以下步驟：藉由將玻璃片的第二翼區域的表面與第二玻璃片支撐板的表面相接觸來支撐玻璃片的第二翼區域，第二玻璃片支撐板附接到鉸接框架的第二框架段。該方法包括以下步驟：藉由將在第一和第二翼區域之間的玻璃片的彎曲區域定位在第一和第二玻璃片支撐板的相對端之間的間隙處，而不物理地支撐彎曲區域來形成玻璃片的未支撐彎曲區域。該方法包括以下步驟：將整個玻璃片加熱至選擇預熱溫度。該方法包括以下步驟：將玻璃片的未支撐彎曲區域局部加熱到高於選擇預熱溫度的彎曲溫度，同時將玻璃片的經支撐的翼區域維持在低於彎曲溫度的溫度。該方法包括以下步驟：當未支撐彎曲區域處於彎曲溫度時，藉由在第一和第二框架段之間的相對樞轉運動將鉸接框架移動到彎曲位置。在將鉸接框架移動到彎曲位置期間，鉸接框架向玻璃片施加彎曲力。施加到未支撐彎曲區域的彎曲力和局部熱量在彎曲區域中形成具有選擇輪廓的彎曲。
這份揭露書的第十八態樣包括如第十七態樣所述的方法，其中將鉸接框架移動到彎曲位置包括以下步驟：將鉸接框架從平坦位置移動到彎曲位置。
這份揭露書的第十九態樣包括如第十七或第十八態樣所述的方法，其中將整個玻璃片加熱到預熱溫度包括以下步驟：將整個玻璃片加熱到其中玻璃片具有從1013 到1012.5 P的範圍中的黏度的溫度。
這份揭露書的第二十態樣包括如第十七至第十九態樣任一態樣所述的方法，其中局部加熱未支撐彎曲區域包括以下步驟：將未支撐彎曲區域局部加熱到其中玻璃片的一部分在彎曲區域中具有從1011.4 到1011 P的範圍中的黏度的溫度。
這份揭露書的第二十一態樣包括如第十七至第二十態樣任一態樣所述的方法，其中玻璃片包括鈉鈣玻璃，鋁矽酸鹽玻璃，鹼性矽鋁酸鹽玻璃，鋁硼矽酸鹽玻璃或鹼硼鋁矽酸鹽玻璃。
根據於此所揭露的實施例，可藉由彎曲而成形為3D玻璃製品的玻璃片可由用於3D玻璃製品的預期用途的任何合適的玻璃成分所製成。在一些實例中，玻璃片可為化學或熱可回火玻璃(諸如鈉鈣玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、鹼-硼鋁矽酸鹽玻璃)，或顯示型玻璃(諸如鋁矽酸鹽玻璃，鋁硼矽酸鹽玻璃或類似者)。在一些實施例中，玻璃片是薄玻璃片。例如，薄玻璃片的厚度可在從50μm到5mm的範圍中。
在玻璃片中待形成的彎曲部可為簡單的曲線，複雜的曲線(諸如鍵槽)或各種半徑的曲線的結合。在一些實例中，彎曲中的每個曲線的半徑，或者在鍵槽半徑的情況下，彎曲的局部最小半徑可小於或等於100mm，或在從200μm至100mm的範圍中。彎曲角度可在從大於0°至約170°的範圍中。（彎曲角度在第2圖中用符號α顯示。）
第1圖顯示了藉由彎曲而成形為3D玻璃製品的玻璃片10的實例。玻璃片10在兩個翼區域14、16之間具有彎曲區域12。彎曲區域12是在彎曲操作期間將形成局部彎曲的玻璃片10的區域，且翼區域14、16是在彎曲操作期間將不會變形的玻璃片10的區域。因此，若玻璃片10設置為平坦片，則在彎曲操作之後翼區域14、16將維持平坦。彎曲區域12可不對稱地設置在玻璃片10內，亦即，翼區域14、16的區域可相同或可不相同。玻璃片10可包括特徵(諸如切口22及類似者)。在汽車應用中，例如，可在玻璃片中形成用於放置汽車資訊中心特徵(諸如顯示器、車輛氣候控制、無線電控制及類似者)的切口。玻璃片10可具有矩形或非矩形的周邊形狀24。
彎曲區域12可沿著玻璃片10的短軸線18而定向，這意味著彎曲區域12的彎曲軸線12X平行於玻璃片10的短軸線18。在其他實例中，彎曲區域12可沿著玻璃片的長軸線20而定向，或彎曲軸線12X可平行於長軸線20，這取決於待成形的3D製品的所欲形狀。
彎曲區域12顯示為具有寬度W和長度L。寬度W是彎曲區域12在橫向於彎曲軸線12X的方向上的尺寸，且長度L是彎曲區域12在平行於彎曲軸線12X的方向上的尺寸。當彎曲區域12沿著玻璃片10的短軸線18而定向時，W將小於或等於L。若彎曲區域12沿著長軸線20定向則相反。因此，「長度」並不總是意味著彎曲區域的較長尺寸，且「寬度」並不總是意味著彎曲區域的較短尺寸。
第2圖顯示了藉由彎曲玻璃片10而形成的3D玻璃製品10’的實例。3D玻璃製品10’具有在翼區域14’、16’（對應於第1圖中的玻璃片10的翼區域14、16）之間的局部彎曲12’（對應於第1圖中的玻璃片10的彎曲區域12）。
第3圖顯示了用於在玻璃片(諸如以上所述的玻璃片10)中形成局部彎曲的說明性設備100。在一個說明性實施例中，設備100包括佈置在底座105上的一對支撐架104A、104B之間並耦接到底座105上的一對支撐架104A、104B的鉸接框架102。鉸接框架102由兩個框架段102L、102R所製成。在一個說明性實施例中，在框架區段102L、102R之間的相對樞轉運動將鉸接框架102從平坦位置（第3圖所示）移動到彎曲位置（如第4圖所示）。對於相對樞轉運動而言，框架段102L、102R中的一個或兩個可為可樞轉的。
玻璃片支撐板106L、106R分別附接到框架段102L、102R。各玻璃片支撐板106L、106R的每一個經調整尺寸以支撐玻璃片的翼區域的一個（第1圖中的玻璃片10所示的翼區域14、16）。在鉸接框架102的平坦位置，玻璃片支撐板106L、106R位於相同平面上，且呈現用於容納玻璃片的平坦表面。第5圖顯示了在鉸接框架102的平坦位置中安裝在鉸接框架102上的玻璃片10。在一個實施例中，鉸接框架102當在平坦的位置中時可相對於底座105（或水平面）成一定角度(亦即，傾斜)。
回到第3圖，玻璃片支撐板106L、106R在鉸接框架102上被支撐並間隔開，使得在玻璃片支撐板106L、106R的相對端部106L1、106L2之間存在間隙108。基於玻璃片的彎曲區域的尺寸來選擇間隙108的尺寸，使得當玻璃片的翼區域被放置在玻璃片支撐板106L、106R上時，彎曲區域將曝露於(或重疊)間隙108。這允許在彎曲區域中形成局部彎曲而不物理地碰觸彎曲區域。在間隙108之下是加熱裝置110，其可經操作以局部加熱曝露於間隙108的玻璃片的彎曲區域。這允許透過鉸接框架102的鉸接而施加到玻璃片的任何彎曲力，以僅在玻璃片的局部加熱彎曲區域中產生3D成形。
在一個說明性實施例中，玻璃片支撐板106L、106R中的每一個由具有低熱膨脹係數（CTE）、在紅外線（IR）範圍中的良好透射率和高軟化點的薄透明材料所製成。低CTE可界定為32×10-7 C-1 或更低的CTE。IR中的良好透射率可被界定為IR中至少70％的透射率。選擇這些性質以使得能夠在預熱階段期間均勻地加熱玻璃片，並能夠在玻璃片中形成彎曲之後實現玻璃片的低熱質量、均勻、快速的冷卻。在一個實例中，玻璃片支撐板106L、106R可由具有上述所提及的性質的玻璃或玻璃-陶瓷材料所製成。玻璃片支撐板材料的一個合適的實例是可從Corning Incorporated獲得的JADETM 玻璃。在一些實例中，每個玻璃片支撐件106L、106R的厚度為至少1.5mm。優選地，每個玻璃片支撐件106L、106R的厚度經選擇，使得片支撐件在重力和彎曲作用下不彎曲。
在一個說明性實施例中，框架段102R包括間隔開的臂支架112R1、112R2和間隔開的橫桿114R1、114R2。橫桿114R1、114R2在臂支架112R1、112R2之間延伸並連接臂支架112R1、112R2，以形成用於玻璃片支撐板106R的剛性的而又輕的支撐件。框架段102R的構件可由耐熱金屬所製成，諸如不銹鋼304和316L、ASI 310和鉻鎳鐵合金600。在一個說明性實施例中，臂支架112R1、112R2分別附接到支撐架104A、104B。在第6圖所示的實例中，臂支架112R1可藉由將臂支架112R1安裝在支撐架104A的傾斜臂116A上的凸緣117A上並藉由螺栓118R1、118R2將臂支架112R1固定到凸緣117A而附接到支撐架104A。可在臂支架112R2（第3圖中）和支撐架104B（第3圖中）之間使用類似的附接方法。
回到第3圖，玻璃片支撐板106R佈置在螺栓118R1（螺栓118R1是用以將臂支架112R1、112R2分別附接到支撐架104A、104B的第一組螺栓）和橫桿114R2的凸緣120R1、120R2之間。螺栓118R1可藉由將玻璃片支撐板106R放置在框架段102R上使得玻璃片支撐板106R的一個邊緣抵接螺栓118R1而用作定位特徵。螺栓118R1的位置可為可調節的，以改變框架段102R上的玻璃片支撐板106R的位置，這將影響間隙108的尺寸。將玻璃片支撐板106R的一個邊緣放置成抵住螺栓118R1之後，玻璃片支撐板106R可藉由夾緊裝置122R1、122R2而保留在框架段102R上。
在一個說明性實施例中，框架段102L包括間隔開的臂支架112L1、112L2和間隔開的橫桿114L1、114L2。橫桿114L1、114L2在臂支架112L1、112L2之間延伸並連接臂支架112L1、112L2，以形成用於玻璃片支撐板106L的剛性支撐件。在一個示例性實施例中，臂支架112L1、112L2透過可旋轉接頭124A、124B而耦接到支撐架104A、104B。
在一個說明性實施例中，如第7圖所示，可旋轉接頭124B包括樞轉臂126B，樞轉臂126B(例如)藉由螺栓而附接到臂支架112L2的端部（儘管在第3圖中螺栓不可見，在樞轉臂126B和臂支架112L2之間的附接類似於用於樞轉臂126A和臂支架112L1的螺栓118L1、118L2所示的）。樞轉臂126B藉由安裝在支撐架104B中的軸承組件128B而支撐。在一個實例中，軸承組件128B包括插入支撐架104B中的孔中的軸承座130B，並藉由(例如)螺栓或類似者固定到支撐架104B。由具有偏置中心線的圓柱形段132B1、132B2所製成的偏置軸承132B設置在軸承座130B中。軸134B在偏置軸承132B內旋轉，其中偏置軸承132B允許軸承負載在圓柱形段132B1、132B2之間共享。偏置軸承132B可由耐高溫劣化的材料所製成，諸如氧化鋯及類似者。樞轉臂126B安裝在軸134B上，以便可與軸134B一起旋轉。這允許樞轉臂126B的旋轉透過在偏置軸承132B內的軸134B的旋轉來實現。類似地，在臂支架112L1和支撐架104A之間的可旋轉接頭124A還包括附接到臂支架112L1的樞轉臂126A。樞轉臂126A的旋轉藉由軸承組件128A和軸134A而支撐。軸承組件128A包括用以支撐軸134A的旋轉的偏置軸承132A。
回到第3圖，玻璃片支撐板106L佈置在螺栓118L1（第3圖中僅顯示一個螺栓118L1；第二螺栓118L1用以將樞轉臂126B（第6圖）附接到臂支架112L2）和橫桿114L2的凸緣120L1、120L2之間。螺栓118L1可藉由將玻璃片支撐板106L放置在框架段102L上使得玻璃片支撐板106L的一個邊緣抵接螺栓118L1而用作定位特徵。螺栓118L的位置可為可調整的，以改變框架段102L上的玻璃片支撐板106L的位置，這將影響間隙108的尺寸。在將玻璃片支撐板106L的一個邊緣放置成抵住螺栓118L1之後，玻璃片支撐板106L可藉由夾緊裝置122L1、122L2而保留在框架段102L上。
在以上所述的實例中，框架段102R固定到支撐架104A、104B，而框架段102L可相對於支撐架而旋轉並可相對於框架段102R而樞轉。框架段102R也可樞轉的其他佈置是可能的。
對於以上所述的實例而言，鉸接機構130耦接到樞轉臂的一個，例如，樞轉臂126B。如第7圖中更清楚地顯示的，鉸接機構130可包括(例如)耦接到軸134B的管140和附接到管140的一端的桿142。可動連桿144可耦接到桿142以操作桿142並從而旋轉管140和軸134B。為了允許臂支架112L1、112L2同時地樞轉，且從而避免框架段102L的變形，桿142的運動可耦接到樞轉臂126A、126B兩者。在一個實例中，這可藉由將軸134A、134B耦接到延伸越過鉸接框架102的橫向連結桿（第3圖中的146）來實現。然而，其它解決方案也是可能的。不是將桿142的運動耦接到兩個樞轉臂126A、126B，對樞轉臂126A提供其自身的鉸接機構是可能的。這個另一個鉸接機構的操作將需要與耦接到樞轉臂126B的鉸接機構130的操作協調，以提供框架段102L的協調樞轉。在其他實施例中，可能省略桿142並直接使用馬達或類似者旋轉軸134B，同時藉由橫向連結桿（第3圖中的146）耦接兩個軸134A、134B的旋轉。在又其他的實施例中，旋轉致動器(諸如馬達)的輸出端可直接耦接到軸134B，用於軸134B的旋轉和樞轉臂126B的操作。類似的旋轉致動器佈置可與另一軸134A一起使用。
參考第3和4圖，在一個實施例中，可調節止動件158A、158B分別形成在支撐架104A、104B的傾斜臂116A、116B上，在用以限制在框架段102L的樞轉期間的橫向連結桿146的行進的位置中。可調節止動件158A、158B可被設置為使得當橫向連結桿146撞擊可調節止動件158A、158B時，在框架段102L、102R之間的角度處於與玻璃片中的局部彎曲的所欲角度相對應的最終角度。這將能達成在玻璃片中所形成的彎曲從一個彎曲製程到另一個彎曲製程的再現性。
在一個說明性實施例中，配重支撐臂161A、161B耦接到橫向連結桿146，當框架段102L朝向框架段102R樞轉時，橫向連結桿146將使得配重支撐臂161A、161B朝向框架段102R移動。配重162A、162B安裝在配重支撐臂161A、161B上，且在框架段102L的樞轉期間平衡框架段102L的重量，允許當在玻璃片中形成局部彎曲且在玻璃片中已形成局部彎曲之後及在隨後的冷卻彎曲玻璃片期間，令設備100處於穩定位置。
在間隙108之下方是加熱佈置172，其可經操作以局部加熱設置在鉸接框架102上的玻璃片的彎曲區域。加熱佈置172包括先前提到的局部加熱裝置110。在一些實施例中，局部加熱裝置110是輻射加熱器。在一個說明性實施例中，局部加熱裝置110是電線加熱器。電線加熱器110可由纏繞在耐火棒(如，氧化鋁棒)上的電阻材料（如，Fe-Cr合金或鉑）所製成。通常，可使用可將玻璃加熱到所欲的彎曲溫度的任何合適的局部加熱裝置110。電線加熱器110的長度可經選擇以與彎曲區域中的玻璃片的長度相同或更大。電線加熱器容易構建，且可製成具有選擇形狀、長度、直徑和功率額定值。然而，可使用除了電線加熱器之外的其它類型的局部加熱裝置，如，固體加熱元件(諸如碳化物電阻)。
加熱佈置172可進一步包括的反射器176（參見第4圖和第7圖），佈置在局部加熱裝置110之下方，或用以將由局部加熱裝置110所產生的熱量朝間隙108反射的位置中。反射器176可具有半圓形或半橢圓形橫截面並可與局部加熱裝置110大致同心。反射器176將來自局部加熱裝置110的熱量朝向間隙108聚焦於玻璃片的彎曲區域將定位處。反射器176可由耐熱金屬，或者有利地由貴金屬(諸如鉑)所製成，使得在加熱玻璃片的彎曲區域的持續時間期間，反射器176可面對玻璃片，而沒有污染玻璃片的風險。
參考第3和4圖，在反射器176的端部處是具有圓形槽180A、180B的支架178A、178B。在反射器176的端部處的銷182A、182B設置在圓形槽180A、180B內並可在圓形槽180A、180B內移動。銷182A、182B可在他們相應的圓形槽180A、180B內移動，以將反射器176相對於間隙108（或相對於在間隙108處曝露的玻璃片的彎曲區域）而旋轉到所欲定向。當反射器176處於所欲定向時，銷182A、182B可(例如)藉由螺母或類似者而固定在圓形槽180A、180B內的適當位置。替代地，銷182A、182B可在玻璃片彎曲期間在圓形槽180A、180B內移動，導致反射器176的旋轉，並在彎曲操作期間相對於玻璃片的彎曲區域調整反射器176的定向。
在一個實施例中，局部加熱裝置110被夾緊到支架178A、178B，使得局部加熱裝置100和反射器176可作為一個單元移動。支架178A、178B可藉由可調整接頭而耦接到支撐架104A、104B。這種可調節接頭可包括分別在支撐架104A、104B中的線性槽183A、183B（第6圖中顯示線性槽183A），及可插入通過支架178A、178B並進到線性槽183A、183B中的銷。（在第3和7圖中的線性槽183B中顯示了銷185B；在線性槽183A中存在類似的銷）。在使用(例如)螺母將銷固定在適當位置之前，可調整線性槽中的銷的位置。這將允許局部加熱裝置110和反射器176的高度相對於間隙108（在第3圖中）是可調節的。通常，局部加熱裝置110越靠近玻璃片的彎曲區域，可在玻璃片的彎曲區域中形成的彎曲的半徑越小，且反之亦然。在玻璃片的彎曲區域中形成的彎曲的半徑將根據在加熱彎曲區域中的熱梯度輪廓和相關聯的黏度輪廓而自然地鍵合。
在玻璃片10中形成局部彎曲的方法包括將玻璃片10放置在鉸接框架102上，使得玻璃片10的彎曲區域12位於成形間隙108處且玻璃片10的翼區域14、16放置在玻璃片支撐板106L、106R上，如第5圖所示。接著將玻璃片在烤箱中均勻地預熱。在190處顯示了烤箱，且可包括用於將玻璃片均勻加熱到所欲的預熱溫度的任何合適的加熱佈置192。預熱溫度是比玻璃片的彎曲溫度低的溫度。預熱溫度可在玻璃的轉變點到稍微高於退火點之間。在一些實施例中，玻璃片10可被預熱到預熱溫度，其中玻璃的黏度在從1013 到1012.5 P的範圍中。
在玻璃片10達到所欲的預熱溫度之後，操作局部加熱裝置110以將玻璃片10的彎曲區域12局部加熱到彎曲溫度。彎曲溫度是玻璃可如在10秒以內快速彎曲的溫度，而不會損壞玻璃。例如，彎曲溫度可對應於從1011.4 到1011 P的範圍中的玻璃黏度。當彎曲區域12被局部加熱到彎曲溫度時，玻璃片10的翼區域14、16將基本維持在預熱溫度。例如，若玻璃片10由前述的玻璃類型所製成，則將玻璃片10的翼區域14、16維持在580到630℃，同時將彎曲區域12局部加熱至從660到690℃的範圍中的溫度。彎曲區域12可(例如)使用電線加熱器或輻射加熱而在2至4分鐘內達到所欲的彎曲溫度。
在彎曲區域12達到彎曲溫度之後，彎曲區域12在彎曲溫度下保持在彎曲區域12內形成彎曲的一段持續時間。這個持續時間可為(例如)在10到60秒之間。藉由使框架段102L朝框架段102R樞轉而在彎曲區域12中形成彎曲，如第8圖所示。框架段102L可(例如)藉由使用命令觸發器或其他方便的致動構件向桿142施加外力而朝向框架段102R樞轉。當框架段102L朝框架段102R樞轉時，鉸接框架102將向玻璃片的翼區域14、16施加彎曲力，導致彎曲區域12中的局部彎曲。局部彎曲的輪廓將取決於彎曲區域12中的熱梯度輪廓，且局部彎曲的角度將取決於在框架段102L、102R之間的最終角度。在彎曲形成之後，框架段102L、102R保持在最終角度，同時允許玻璃片10冷卻。
在玻璃片冷卻之後，彎曲的玻璃片或成形玻璃製品10’可從鉸接框架102移除。在一些實施例中，成形玻璃製品可沿著局部彎曲分離以形成兩個半成品。在一些實施例中，設備100可在一個彎曲循環內裝配，以形成幾個成形的玻璃製品。這可藉由將鉸接框架102配置成並排地支撐一些玻璃片來實現，其中在彎曲循環期間，可以類似於如所上所述在單個玻璃片中形成局部彎曲的方式在玻璃片中同時地形成局部彎曲。
第9圖顯示了藉由這份揭露書中所述的設備和方法所形成的彎曲玻璃片的影像。該影像藉由反射量測技術而獲得，且顯示在玻璃片的平坦的翼區域14”、16”中不存在光學變形。為了比較的目的，第10圖顯示了藉由等溫下垂製程所形成的彎曲玻璃的影像。在第10圖所示的影像中，在玻璃片的平坦的翼區域214、216中存在有可見的光學變形。
於此所述的具體設備和方法可用以創建基於玻璃的製品。製品包含在其中具有至少一個彎曲的薄玻璃基板，其中彎曲藉由所述的設備和方法而形成。彎曲方法提供了一種成形玻璃件，其不會受到在其它製程中發生的光學變形的困擾，因為彎曲區域外側的玻璃保持在低於軟化點的溫度及/或由設備固定或定位。
特別令人感興趣的是使用於此所述的製程所製造的用於車輛內部(諸如火車、自動車（如，汽車、卡車、巴士及類似者）)、航海器（艇、船、潛艇及類似者）和飛行器（如，無人機、飛機，噴射機、直升機及類似者）的製品。第11圖提供了包括車輛內部系統1100、1200和1300的三個不同實施例的示例性車輛內部1010。車輛內部系統1100包括具有彎曲表面1120的中心控制台1110，其可任選地包括顯示器1130。車輛內部系統1200包括具有彎曲表面1220的儀表板底座1210。儀表板底座1210通常包括儀表板1240，其也可包括彎曲表面。儀表板底座(且在一些實施例中，儀表板)可包括顯示器1230。車輛內部系統1300包括具有彎曲表面1320的儀表板方向盤底座1310和任選的顯示器1330。在一或多個實施例中，車輛內部系統可包括作為扶手的底座、中柱、座椅靠背、地板、頭枕、門板或包括彎曲表面的車輛的內部的任何部分。
車輛內部系統1100、1200和1300包括藉由於此所述的製程所成形的設置在彎曲表面上的玻璃基板。在一或多個實施例中，玻璃基板可移除地設置在彎曲表面上。如於此所使用的，術語可移除地意味著玻璃基板不是永久地附接或接合到彎曲表面，且因此可在不損壞下面的彎曲表面的情況下移除。在一或多個實施例中，玻璃基板臨時地固定到彎曲表面，使得需要具有1N/cm或更大（如，1.5N/cm或更大，2N/cm或更大，2.5N/cm或更大，3N/cm或更大，3.5N/cm或更大，4N/cm或更大，4.5N/cm或更大，或5N/cm或更大）的剝離力，以用於壓敏黏合膠帶的剝離黏合的ASTM D 3330測試的測試方法F將玻璃基板從彎曲表面剝離。在一或多個實施例中，將玻璃基板從彎曲表面剝離所需的剝離力小於20N/cm，或小於約10N/cm。
在一或多個實施例中，玻璃基板成形為具有與彎曲表面1120、1220、1320的曲率相匹配的曲率。在一或多個實施例中，彎曲表面1120、1220、1320具有在從約200μm至100mm的範圍中的曲率半徑。如於此所使用的，當彎曲表面的曲率半徑在設置玻璃基板的區域上變化時，於此所述的曲率半徑是玻璃基板設置於上的彎曲表面的最小曲率半徑。在一或多個實施方式中，玻璃基板顯示在彎曲表面的曲率半徑的10％內（如，約10％或以下，約9％或以下，約8％或以下，約7％或以下，約6％或以下，或約5％或以下）的半徑曲率。例如，若彎曲表面顯示90mm的曲率半徑，則將玻璃基板經冷成形以具有在從約81mm至約99mm的範圍中的曲率半徑。在一些實施例中，彎曲表面的曲率半徑可在從約200μm至約100mm，約350μm至約100mm，約500μm至約100mm，約1mm至約100mm的範圍內，約5mm至約100mm，約10mm至約100mm，約25mm至約100mm，約50mm至約100mm，200μm至約50mm，約350μm至約50mm，約500μm約50mm，約1mm至約50mm，約5mm至約50mm，約10mm至約50mm，約25mm至約50mm，200μm至約25mm，約350μm至約25mm，約500μm至約25mm，約1mm至約25mm，約5mm至約25mm，或約10mm至約25mm的範圍中。
在一或多個實施例中，彎曲表面1120、1220、1320包括如第11圖所示的顯示器1130、1230、1330，且玻璃基板至少部分地佈置在顯示器之上。在此類實施例中，玻璃基板在顯示器之上形成覆蓋玻璃。在一些實施例中，顯示器可包括觸碰功能，且透過至少部分地覆蓋顯示器的玻璃基板而使用此類功能。在一些實施例中，彎曲表面1110、1212、1310可包括與顯示器不相關聯的觸碰功能。在此類實施例中，可透過覆蓋彎曲表面的玻璃基板來使用此類功能。在其他實施例中，玻璃基板可進一步包括一或多個切口，其中玻璃基板覆蓋顯示器或車輛內部的區域，且玻璃中的一或多個切口可允許放置一或多個旋鈕，按鈕，控制面板，或車輛使用者可使用的其它控制裝置。
雖然已經相對於有限數量的實施例描述了本發明，但是受益於這份揭露書的熟悉本領域者將理解可設計出其他實施例而不背離於此所揭露的本發明的範圍。因此，本發明的範圍應僅由所附隨的申請專利範圍來限定。
10‧‧‧玻璃片
10’‧‧‧3D玻璃製品
12‧‧‧彎曲區域
12’‧‧‧局部彎曲
12X‧‧‧彎曲軸線
14‧‧‧翼區域
14’‧‧‧翼區域
14”‧‧‧翼區域
16‧‧‧翼區域
16’‧‧‧翼區域
16”‧‧‧翼區域
18‧‧‧短軸線
20‧‧‧長軸線
22‧‧‧切口
24‧‧‧周邊形狀
100‧‧‧設備/裝置
102‧‧‧鉸接框架
102L‧‧‧框架段
102R‧‧‧框架段
104A‧‧‧支撐架
104B‧‧‧支撐架
105‧‧‧底座
106L‧‧‧玻璃片支撐板
106L1‧‧‧端部
106L2‧‧‧端部
106R‧‧‧玻璃片支撐板
108‧‧‧間隙
110‧‧‧局部加熱裝置/電線加熱器
112L1‧‧‧臂支架
112L2‧‧‧臂支架
112R1‧‧‧臂支架
112R2‧‧‧臂支架
114L1‧‧‧橫桿
114L2‧‧‧橫桿
114R1‧‧‧橫桿
114R2‧‧‧橫桿
116A‧‧‧傾斜臂
116B‧‧‧傾斜臂
117A‧‧‧凸緣
118L1‧‧‧螺栓
118L2‧‧‧螺栓
118R1‧‧‧螺栓
118R2‧‧‧螺栓
120L1‧‧‧凸緣
120L2‧‧‧凸緣
120R1‧‧‧凸緣
120R2‧‧‧凸緣
122L1‧‧‧夾緊裝置
122L2‧‧‧夾緊裝置
122R1‧‧‧夾緊裝置
122R2‧‧‧夾緊裝置
124A‧‧‧可旋轉接頭
124B‧‧‧可旋轉接頭
126A‧‧‧樞轉臂
126B‧‧‧樞轉臂
128A‧‧‧軸承組件
128B‧‧‧軸承組件
130‧‧‧鉸接機構
130B‧‧‧軸承座
132A‧‧‧偏置軸承
132B‧‧‧偏置軸承
132B1‧‧‧圓柱形段
132B2‧‧‧圓柱形段
134A‧‧‧軸
134B‧‧‧軸
140‧‧‧管
142‧‧‧桿
144‧‧‧可動連桿
146‧‧‧橫向連結桿
158A‧‧‧可調節止動件
158B‧‧‧可調節止動件
161A‧‧‧配重支撐臂
161B‧‧‧配重支撐臂
162A‧‧‧配重
162B‧‧‧配重
172‧‧‧加熱佈置
176‧‧‧反射器
178A‧‧‧支架
178B‧‧‧支架
180A‧‧‧圓形槽
180B‧‧‧圓形槽
182A‧‧‧銷
182B‧‧‧銷
183A‧‧‧線性槽
183B‧‧‧線性槽
185B‧‧‧銷
190‧‧‧烤箱
192‧‧‧加熱佈置
214‧‧‧平面區域
216‧‧‧平面區域
1010‧‧‧車輛內部
1100‧‧‧車輛內部系統
1110‧‧‧中心控制台/彎曲表面
1120‧‧‧彎曲表面
1130‧‧‧顯示器
1200‧‧‧車輛內部系統
1210‧‧‧儀表板底座
1220‧‧‧彎曲表面
1230‧‧‧顯示器
1240‧‧‧儀表板
1300‧‧‧車輛內部系統
1310‧‧‧儀表板方向盤底座
1320‧‧‧彎曲表面
1330‧‧‧顯示器
以下是附隨的圖式中的圖的描述。這些圖不必要按比例而繪製，且為了清晰和簡潔，某些圖和某些圖的一些視圖可能會在比例上放大或以概要圖顯示。
第1圖顯示了在兩個翼區域之間具有彎曲區域的玻璃片。
第2圖顯示了從第1圖的玻璃片藉由彎曲所形成的3D玻璃製品。
第3圖顯示了用於彎曲玻璃片的設備，其中設備的鉸接框架在平坦位置中。
第4圖顯示了用於彎曲玻璃片的設備，其中設備的鉸接框架在彎曲位置中。
第5圖顯示了第3圖的設備，其中玻璃片安裝在鉸接框架上。
第6圖顯示了第3圖的設備的橫截面。
第7圖顯示了第4圖的設備的橫截面。
第8圖顯示了使用第3圖的設備的玻璃片的彎曲。
第9圖顯示了藉由第1-8圖中所述的設備和方法所形成的彎曲玻璃片的影像。
第10圖顯示了藉由等溫下垂製程所形成的彎曲玻璃片的影像。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (21)

  1. 一種用於在一玻璃片(10)中形成一局部彎曲的設備(100)，包含： 一鉸接框架(102)，包含：一第一框架段(102L)；一第二框架段(102R)，鄰近該第一框架段(102L)而佈置，其中該第一框架段(102L)和該第二框架段(102R)的至少一個可樞轉，使得在該第一框架段(102L)和該第二框架段(102R)之間的一角度可藉由在該第一框架段(102L)和該第二框架段(102R)之間的相對樞轉運動而調節；一第一玻璃片支撐板(106L)，安裝在該第一框架段(102L)上，用於支撐該玻璃片(10)的一第一翼區域，該第一玻璃片支撐板(106L)具有一第一板端部(106L1)；及一第二玻璃片支撐板(106R)，安裝在該第二框架段(102R)上，用於支撐該玻璃片(10)的一第二翼區域，該第二玻璃片支撐板(106R)具有與該第一板端部(106L1)呈相對關係，並藉由一間隙(108)與該第一板端部(106L1)間隔開的一第二板端部(106R1)，該間隙(108)具有對應於該玻璃片(10)的一彎曲區域的一尺寸；其中當該玻璃片(10)的該第一翼區域和該第二翼區域分別支撐在該第一玻璃片支撐板(106L)和該第二玻璃片支撐板(106R)上時，該玻璃片(10)的該彎曲區域曝露於該間隙(108)；其中該間隙(108)界定了一無接觸成形區域，其中可在該玻璃片(10)的該彎曲區域中形成該局部彎曲而不觸碰該彎曲區域。至少一個鉸接機構(130)，用於相對於另一個框架段(102R)而樞轉該框架段(102L)的至少一個，以在該第一框架段(102L)和該第二框架段(102R)之間形成一選擇角度；及一局部加熱裝置(110)，設置在該間隙(108)附近，用於局部加熱曝露於該間隙(108)的該玻璃片(10)的該彎曲區域。
  2. 如請求項1所述之設備，進一步包含呈現一間隔關係的兩個支架(104A、104B)，其中該鉸接框架(102)佈置在該兩個支架之間並耦接到該兩個支架，且其中該第一框架段(102L)可相對於該兩個支架而旋轉。
  3. 如請求項2所述之設備，其中該第二框架段(102R)附接到該兩個支架(104A、104B)，且不能相對於該兩個支架而旋轉。
  4. 如請求項2所述之設備，進一步包含設置在該兩個支架的至少一個(104A)上的一可調節止動件(158A)，以在一旦該選擇角度形成在該第一框架段和該第二框架段之間時限制該第一框架段的樞轉。
  5. 如請求項2所述之設備，進一步包含安裝到該兩個支架(104A、104B)的兩個軸承組件(128A、128B)和可旋轉地支撐在該等軸承組件的每一個中的一軸(134A、134B)，其中該第一框架段(102L)耦接到該等軸的每一個，使得該等軸(134A、134B)的旋轉引起該第一框架段(102L)的樞轉。
  6. 如請求項5所述之設備，該等軸的一個(134B)耦接到至少一個鉸接機構(130)，且其中兩個軸(134A、134B)耦接到跨過該鉸接框架(102)而延伸的一橫向連結桿(146)，使得兩個軸(134A、134B)都可使用該至少一個鉸接機構(130)而旋轉。
  7. 如請求項5所述之設備，其中該等軸承組件(128A、128B)的每一個包含一偏置軸承(132A、132B)。
  8. 如請求項1所述之設備，進一步包含多個配重(162A、162B)，用於當該第一框架段(102L)相對於該第二框架段(102R)樞轉並以相對於該第二框架段(102R)的該選擇角度保持時，平衡該第一框架段(102L)的重量並將該設備(100)維持在一穩定位置。
  9. 如請求項1所述之設備，其中該第一玻璃片支撐板(106L)和第二玻璃片支撐板(106R)的每一個由一玻璃或玻璃-陶瓷材料所製成。
  10. 如請求項1所述之設備，其中該第一玻璃片支撐板(106L)和第二玻璃片支撐板(106R)的每一個由一透明材料所製成，具有32×10-7 C-1 或以下的一熱膨脹係數，及至少70％的紅外線範圍中的一透射率。
  11. 如請求項1所述之設備，進一步包含：除了該局部加熱裝置(110)之外的一加熱裝置(192)，用於將整個該玻璃片(10)加熱到一預熱溫度。
  12. 如請求項1所述之設備，其中該局部加熱裝置(110)包含一電線加熱器。
  13. 如請求項12所述之設備，進一步包含佈置在該間隙(108)和該局部加熱裝置(110)附近，在用以將來自該局部加熱裝置(110)的熱量朝向該間隙(108)反射的一位置中的一反射器(176)。
  14. 如請求項13所述之設備，其中相對於該間隙(108)的該局部加熱裝置(110)的一高度和該反射器(176)的一高度是可調節的。
  15. 如請求項13所述之設備，其中該反射器(176)可相對於該間隙(108)旋轉，以調節從該局部加熱裝置(110)朝該間隙(108)反射的該熱量的一方向。
  16. 如請求項1所述之設備，其中該鉸接框架(102)具有一平坦位置，其中該第一框架段(102L)和該第二框架段(102R)位於同一平面中，且其中該鉸接框架(102)當在該平坦位置中時相對於水平面傾斜。
  17. 一種彎曲一玻璃片(10)的方法，包含以下步驟： 藉由將該玻璃片(10)的一第一翼區域(14)的一表面與一第一玻璃片支撐板(106L)的一表面相接觸來支撐該玻璃片(10)的該第一翼區域(14)，該第一玻璃片支撐板(106L)附接到一鉸接框架(102)的一第一框架段(102L)，該第一玻璃片支撐板(106L)具有一第一板端部(106L1)；藉由將該玻璃片(10)的一第二翼區域(16)的一表面與一第二玻璃片支撐板(106R)的一表面相接觸來支撐該玻璃片(10)的該第二翼區域(16)，該第二玻璃片支撐板(106R)附接到該鉸接框架(102)的一第二框架段(102R)，該第二玻璃片支撐板(106R)具有與該第一板端部(106L1)呈相對關係，並藉由一間隙(108)與該第一板端部(106L1)間隔開的一第二板端部(106R1)；藉由將在該第一翼區域(14)和該第二翼區域(16)之間的該玻璃片(10)的一彎曲區域(12)定位在該間隙(108)處，而不物理地支撐該彎曲區域(12)來形成該玻璃片(10)的一未支撐彎曲區域；將整個該玻璃片(10)加熱至一選擇預熱溫度；將該玻璃片(10)的該未支撐彎曲區域(12)局部加熱到高於該選擇預熱溫度的一彎曲溫度，同時將該玻璃片(10)的經支撐的該等翼區域(14、16)維持在低於該彎曲溫度的一溫度；及當該未支撐彎曲區域(12)處於該彎曲溫度時，藉由在該第一框架段(102L)和該第二框架段(102R)之間的相對樞轉運動將該鉸接框架(102)移動到一彎曲位置，其中移動的該鉸接框架(102)向該玻璃片(10)施加彎曲力，其中施加到該未支撐彎曲區域(12)的彎曲力和局部熱量在該彎曲區域中形成具有一選擇輪廓的一彎曲。
  18. 如請求項17所述之方法，其中將該鉸接框架(102)移動到該彎曲位置包含以下步驟：將該鉸接框架(102)從一平坦位置移動到該彎曲位置。
  19. 如請求項17所述之方法，其中將整個該玻璃片(10)加熱到一預熱溫度包含以下步驟：將整個該玻璃片(10)加熱到其中該玻璃片(10)具有從1013 到1012.5 P的一範圍中的一黏度的一溫度。
  20. 如請求項17所述之方法，其中局部加熱該未支撐彎曲區域(12)包含以下步驟：將該未支撐彎曲區域(12)局部加熱到其中該玻璃片(10)的一部分在該未支撐彎曲區域(12)中具有從1011.4 到1011 P的一範圍中的一黏度的一溫度。
  21. 如請求項17所述之方法，其中該玻璃片(10)包含一鈉鈣玻璃，一鋁矽酸鹽玻璃，一鹼性矽鋁酸鹽玻璃，一鋁硼矽酸鹽玻璃或一鹼硼鋁矽酸鹽玻璃。
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