TW467871B - Shaping tool with structured surface for creating structures on glass - Google Patents

Description

467 87 1 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 本發明係關於-成形工具’其具有一結構體表面，用於 以熱成形法在玻璃上形成結構體，該成形工具特別可、、 製造平面螢幕槽紋板上之精密結構體。 °用万、 具有精密結構體之平板破璃係精密應用（特別是多種、風 功能玻璃）义所需。舉例而言，該等玻璃係新—代平面螢二 (電裝顯示面板（PDP)或電^址液晶體(故⑼之顯示榮^ 。在該等平面榮幕玻璃之所謂槽故板上，製有微觀之_ 結構體，用於致動個別之列（或行），該等列（或行）係延伸於 勞幕之整個有效寬度（或長度），列（或行）中之電聚將經由放 電而點燃。個別槽紋之兩侧邊爲矩形肋條，肋條之寬度愈 ’㈣之高度大致大於其寬度 。肋條之間距則愈小愈好。 & 該種槽纹板即爲-PALqPDP顯示器中具有微結構體之 玻璃背板。圖7爲其基本带式之細部放大圖。 該圖所示之槽紋微結構體必須能以具成本效益之方式大 量製造，並用於不同之顯示器尺寸（勞幕對角線長度可達55 英吋）。以42英吋之高畫質PDP顯示器爲例，須製造出約 湖條槽紋，槽紋寬度X約爲⑹微米，肋條高度丫爲⑴微 米，肋條寬度Z則爲35至50微米，在約52〇公厘之長度内僅 能有數微米之公差。爲符合該等極爲嚴格之規格，必須使 用高精密度之方法及裝置。 目前已有利用熱成形法、以具有結構體表面之成形工具 在玻璃上形成結構體之作法。 傳統熱成形法亦即所謂製造型成法，其構想爲：將冷卻 4- 冬紙浪尺汶過用肀國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） f請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

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n I 線一 467871 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 ) 後之成形工具壓於熱（„)破璃上，讀料 化 液製成所需之形狀。成形工具之功能爲「固化成：易 二，破璃在與工具接觸前之溫度係高於破璃轉脆溫度 在與成形工具接觸時，成形工具其結構體表面之备 圖樣將複製於玻璃上，並使玻璃因而冷卻，但玫 ^ 則維持不變。 ·^寸 本發明之不同之處在於使用另—種熱成形&， ••孩法係一重新成形溫成形法。、 " 由 里新成形炙成形過 王，；瑪在”具有結構體表面之成形工具接觸前，其溫 度可視需要低於玻璃轉脆溫度之範圍，直到其與成形^具 接觸時才升至成形之必須溫度範圍(T>Tg)。此處之關鍵在 於.僅加熱需形成結構體之區域（局部加熱）。此外，在此 ^新成形之過程中，玻璃在離開成形工具時已爲具有^構 體之形式，且處於尺寸維持不變之狀態。 無論是「傳統熱成形法上或「重新成形溫成形法」，兩 者之物理性變數可依製程順序列爲： 玻璃及成形工具之溫度； 玻璃及成形工具上之壓力荷重； 破璃與成形工具之接觸時間（停留時間）。 以下關於停留時間之説明將有助於對此—變數之瞭解· 若玻璃僅與成形工具短暫接觸，易言之，士 右成形工具在 堝固化前即自玻璃移開，則由於玻璃結構體會產生流動 ，因此結構體在接觸完成後將出現嚴重產生圓角之現象。 若將接觸時間拉長，則成形工具與玻璃 〜巴X 度差 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂* -線. 467 87 1 A7 B7 五、發明說明（3 ) 及熱膨脹差將造成過大之侧應變，如此將對結構體之精密 度（亦即槽紋板上之槽紋在定位及複製時之精密度）有不利影 .響。 y —適用於精密製程控制之成形工具必須確保上述各變數 係獨立設定/調節。現有之熱成形工具無法滿足此一要求。 由於現有熱成形工具之傳統固體結構具有鉻鎳鋼，必須將 整個成形工具完全加熱，因此，該種工具尚有受熱時尺寸 穩定性不足之問題，成形工具即使僅產生些微之溫度變動 ’亦將造成成形結構體長度之顯著改變，此一改變量超過 槽紋或肋條成形時之容許公差。 同樣問題亦出現於德國專利第DE 197 13 309 C1號及德國 專利申請案第DE 197 13 312 A1號中所揭露之成形工具，該 成形工具具有~結構體表面，用於在玻璃上以重新成形溫 成形法之原則形成結構體，在一示範用之具體實例中，該 成形工具具有一滚動圓筒，其具有一實心圓筒（最好係由非 金屬材料製成），其上夾有一具有結構體製造表面之模製工 具’該模製工具係以頗不緊密之方式置於該實心圓筒上。 在該實心圓筒之兩端均設有一軸承軸頸，用於以可轉動之 方式安裝該實心圓筒。另設有一外部加熱源，以便爲該成 形工具作必要之局部加熱。 孩成形工具之此一具體實例在實作時並無法以所需之可 複製精密度形成精密結構體，此因個別構件之設計及滚動 圓筒之軸承均未充分考慮受熱時必要之尺寸穩定性，因而 亦無法達到本文於一開始時所述之嚴格規格。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >_ 訂---------線； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 467871 五、發明說明（4 ) 歐洲專利第EP 〇 866 487 A1號之成形工具同樣亦無法達 到本文於一開始時所述之嚴格規格。 • 該種已知之成形工具具有一實心滚動圓筒，其包括―金 屬合金，成形結構體則係直接型成於該滚動圓筒之圓周| 面。在該項歐洲專利參考文件中並未述及該滚動圓筒之轉 動支撑方式。玻璃基體係在滚動圓筒之前由一外部熱源將 其塑性化，該滚動圓筒本身並未直接受熱，可搭配—具有 相同功能之滚子，將所需之結構壓入該玻璃基體。 該項歐洲參考文件亦未述及熱膨脹係數及該滾動圓筒之 軸承須進行微調方能達到加熱時所需之尺寸穩定性。尤其 是因實心滾動圓筒之緣故，即使溫度產生些微變動亦‘將造 成成形結構體長度之顯著改變，此一改變量超過槽紋或肋 條成形時之容許公差。 因此’以具有結構體表面之成形工具製造槽紋板之作法 仍未獲業界之認同。 目前’槽紋板大致係以網版印製法製造，其中係將丨〇至 20層之玻璃軟焊料逐一放置於玻璃基體上。 此法之缺點如下： 製程時間長 軟焊料成本高 槽紋板之不均勻燒結 環境污染（軟焊料及蝕刻溶液中之鉛） 因此，就商業觀點來看，僅能用於生產原型，亦即不適合 作商業性之大量生產。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {靖先閱讀背面之注意事項再填寫本買) n I J-1, _ n« n n n :u 言 線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 7 8 7 1 A7 __ B7 五、發明說明（5 ) 本發明之目的係爲創造出一成形工具，其具有一結構徵 表面’用於在玻璃上形成結構體，藉由該成形工具即可以 經濟之方式在玻璃上形成高精密度之微結構體，其作法係 依據重新成形溫成形法之原則，將玻璃上需形成結構體之 區域予以加熱（局部加熱）。 本發明藉由以下所述類型之成形工具即可成功達到此― 目的，該成形工具具有： 一 一滾動圓筒，包括一金屬中空圓筒，其外套上設有— 金屬成形板，與該金屬中空圓筒有大面積之緊密接觸，該 金屬成形板設有凹部，對應於待製玻璃結構體之負圖樣； —一軸，用於連續驅動該滾動圆筒，該軸穿過該金屬中 空圓筒； ''兩驅動件’固定安裝於該轴，安裝之高度即爲該金屬 中空圓筒面端所在之高度，該兩驅動件在操作時可與該中 空圓筒確實接合；及 电A ^5 ’以絕緣之方式設置於該抽與該金屬中空圓 筒之間，其與該軸之間設有一額外之絕熱裝置。 本發明之熱成形工具因其構造之緣故，僅需將破璃基體 不斷向前滚動，即可以經濟之方式，在該成形工具與破璃 接觸時，於玻璃上形成高精密度之微結構體，其作法係將 需形成結構體之坡璃作目標性之局部加熱。 爲使重新成形時之溫度固定不變，該金屬中空圓筒所扮 决足角色至爲關鍵；該金屬中空圓筒可藉由其熱容量防止 其與玻璃接觸時冷卻過快。根據本發明之一特色，構成該 本紙張尺度剌μ时標準（CNS)A4規格（i 297公爱） I: --------ru--------訂---------線 <(-,· f靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 467871 五、發明說明（6 ) 金屬中生圓肩之材料若爲鎳之鍛造用合金將可強化此一效 果。 /艮據本發明I另—特色’在軸與滚動圓筒間之扭矩係由 驅動件加以傳遞’該等驅動件至少具有三個對稱分布.之梯 形爪、及與疋互補之梯形凹口，該等梯形凹口係設於該金 屬中i圓筒I面端’其與該等梯形爪在操作時係藉由小接 @面相互接合。此種作法可防止過量之熱能流出量自滾動 圓筒机入軸中。因此，當構件内產生溫度變動、及滚動圓 與驅動件 < 間產生溫度差時"匕一構造便纟自由活動之 么間。如此一來便可確保同心度之精確性，或使其固定不 變。 基於製造工程上之原因t最好設置四個間隔9〇度之爪， 但基本上，爪數可爲大於三之任一數目。爪數愈多，則連 接方式愈接近於有齒之傳動裝置。 本發明义特色（特別是加熱器之設置）係由後附之申請專利 範圍加以定義。 本發明之特性及優點亦可經由本發明示範性具體實例之 説明而加以瞭解，該等具體實例如附圖所示，其中： 圖I爲一縱向剖面圖，顯示本發明熱成形滾筒之構造，其 ”有位置觉結構限制之滾動圓筒' 驅動件、軸、及力α熱 器； ’、、 圖1Α爲圖i中之滚筒沿^八剖面之剖面圖； 圖2爲圖1所示滚筒之細部放大圖，.此一平面圖顯示軸如 何經由驅動件而連接至滚動圓筒； -9- 本紙張尺度適用中賴家標準（CNS)M規格⑵Q χ 297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr·^---- dJJ· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 了 j|881i7068號專利申請案 說明書修正頁(9〇年7月） 叫丨爹正 ——^ __Ί 巧-_/1一g； 五、發明説明（7 «H^Sxa Λ： 圖3為加熱器，位於圖1所示成形工具之軸與滾動圓筒之 間，用於加熱該滾動圓筒； 圖4為圖1所示成形工具之末端平面圖，顯示集電環之接 觸位置，用於將電能供應至圖3所示之加熱器； 圖5為一細部放大圖，顯示一圍繞於滚筒上、用於形成結 構體之PtAu5板，該板係用於一 PDP結構； 圖6所示可與圖5相對應，但該板係用於一 PALC转構； 圖7為一細部圖，顯示一屬於現有槽紋結構之槽紋板。 主要元件符號說明 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消f合作社印装 1 成形滾筒(或成形工具） 9 驅動機構 2 玻璃基體 10 軸螺帽 3 滚動圓筒 11 杯形彈簧 3a 槽 12 抽承 4 驅動件 13 軸承 4a 爪 14 陶瓷圓筒 4b 開缝 14a 槽 5 . 轴 15 石英玻璃管 5a 開缝 16 集電環接觸總成 6 加熱器 16a 碳固定件 6a 接線 16b 銀石墨碳 6b 接線 16c 圓柱形部份 -10- 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格< 210 X 297公釐> 6 q 7 1 σ 1 *第8SH7068號專利令請案 說明書修正頁(90年7月）五、發明説明（7a) .. ' ίί££ A7 6c 熱導體(或熱導體條） 16d 夾 7 中空圓筒 17 陶瓷管 8 板 18 1* 熱電隅 8a 滚動溝槽 18a 端子 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 圖.1之縱剖面圖顯示本發明熱成形工具一較佳具體實例之 基本構造。該成形工具之形狀為一滚筒，大致標示為參考 標號1，該成形工具可以高接觸壓力連績滚動於一需形成結 構體之玻璃基體2(圖1A)上，其中玻璃基體2係於成形滾筒1 之下方沿箭頭所指之方向拉動。 玻璃基體有其特殊之要求。 在製造顯示器系統用之槽紋板（此亦本發明之較佳應用）時 ，通常須使用特別研發之高品質玻璃基體2，其特徵為：該 種玻璃基體在所有相關之製造步驟中均有堅固之製程性能 。該種玻璃基體除須具有極高之平滑度（在作最終分析時， 平滑度係影響對比清晰度及影像解析度之重要因素），亦須 具備抗溫性及化學抵抗性、且重量輕、並具有適當之熱膨 脹行為。 一般而言，針對用於最新顯示器科技之理想玻璃基體之 要求趨勢為：更平、更薄、更平滑、同時可在複雜之製程 步驟中（視顯示器類型不同而有不同類型之製程步驟）展現最 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐）

467871 五、發明說明（8) 穩定、最堅固之行爲，且能以有利之價格購得（對大尺寸顯 示器而言）。 在許多技術導向之玻璃應用中，矽酸硼破璃佔有極重要 之地位。由於化學成份可有無窮之變化，因此，矽酸硼破 璃亦可具備極爲特別之性質。該等玻璃之特徵爲：抗溫性 高、熱膨脹率低、且對於烈性媒材具有良好之化學抵抗性 。此外’該種玻璃即使不添加鹼性成份亦可加以製造。藉 由上述之特殊性質即可跨入在技術上十分看好之新型平板 玻璃應用。 根據平面螢幕之上述操作性原則，.可導出下列針對槽紋 板用玻璃基體之基本要求： 抗溫性高（玻璃轉脆溫度爲攝氏6〇〇度） 低禮度（每立方公分2.8克.） 極佳之表面特質（平面性、翹曲、波狀起伏等） 低收縮度（百萬分之二十） 無「熱下垂」之現象 對熱膨脹有極佳之適應性 高電阻 氣體滲透性低 高傳輸性 足夠之機械強度 大尺寸 具成本效益 除康寧溢流熔化法（Corning overflow fusion method)及下 -11 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 i 11J. Ill —1·. in — ί-tr·- — — ·線' -. f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467871 A7 B7 五、發明說明（9 ) 抽式技術（down-draw technology)外，尤以浮製技術（fl〇at technology)最能以具有成本效益之方式製造出大尺寸之玻 _ 璃基體，且製造出之玻璃基體具有極佳之表面特性，其性 質亦適合於此處所述顯示器之製造過程。 成形工具1之具體實例係根據本文於一開始時所列之特定 要求而決定。 該等要求係關於須提供下列各項： 一具結構體之成形工具，用於構成破璃結構體； 一可抗彎之成形工具，用於吸收滾動力； 一成形工具’用於連續生產（可藉由滾筒結構而達成）； 及 一可調節之熱工具。 成形工具1可滿足上述之條件，其具有四個主要構件。該 等主要構件爲：一滾動圓筒3、兩驅動件4、一軸5、及—加 熱器6。爲求圖面清晰，加熱器6另單獨圖示於圖3。 滚動圓筒3載有待製結構體之負.圖樣，因此形成該工具之 成形部份。該滚動圓筒首先包括一承受荷重之金屬中空圓 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 筒7’舉例而f ’其長度可爲300公厘，外徑12〇公厘，壁厚 12公厘。 構成該滾動圓筒之材料最好爲媒之鍛造用合金，其材料 號碼爲2.4δ16。金屬合金優於陶瓷材料之處在於金屬之熱 膨脹係數高；若與陶瓷材料相比，則金屬之熱膨脹係數僅 與玻璃之係數略有不同。下表顯示多種可用材料其差熱膨 脹係數之一例： -12- 第88117068號專利申請案4 β *7 8 7 f明書修正頁(9〇年7月） A7 B7 五、發明説明（10)

材料 類別 材料 攝氏八百度時之 差熱膨脹係數 ____差熱膨腺係數 與玻璃係數之差 玻璃 AF45 800°c 陶瓷 Quarzal 800°C 金屬 英高鎳8〇〇t (Inconel) 37 i〇V 0.5 ι〇-6κ1 20 ι〇Ύ

800°C 800°C 36.5 ΙΟ'^Κ'1 17 Κ^Κ·1 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 若採用金辱滾筒而非陶瓷滾筒，則滾動過程中因溫度變 動而造成之產品尺寸偏差將較小，此因金屬滾筒與玻璃之 膨腺係數相差較小之故g 以下之計算可作更清楚之說明。 就100公厘長之玻璃基體而言，其結構體之公差舉例而言 應不超過正負10微米。金屬滚筒在容許之溫度變動範圍内 明顯優於陶瓷滚筒。若為金屬工具，可有正負4 8克耳文（K) 之·溫度差；若為陶瓷工具，則僅容許正負2· 8克耳文之溫度 變動。因工具之溫度分布不均所造成之尺寸偏差可藉由一 修正性 < 工具外形設計（例如外套面係一凸面或凹面）而加以 消除。 —金屬板8係敷設於金屬中空圓筒？其外表面之整個圓周 面，其厚度舉例而言為i公厘，其上機製有所需玻璃結構體 之負.圖樣。該等負圖樣因比例尺之緣故無法在圖1中顯示= 但可根據圖5與圖6之細部放大圖而窥見其全貌，詳女之 圖5所示係用於一 PDP槽紋結構，圖6所示則係用於— PALC結構。因此，板8上之凹部係與圖7所示槽紋板之肋條 互補。 板8所用之材料係影響製程適合性與經濟 η π —重要因 • 13- 本紙張尺度適用中關家標準（CNS ) A4iUM 210><297公® ) ----- (請先閱讀背面之注袁事項再填寫本頁)

Ί 67 87 1 A? ---- B7 五、發明說明（11) 素。 在玻璃熱成形之領域中所使用之工具實對工具所用之材 料有極爲嚴格之要求。因此，在選擇材料時，必須考慮下 列之選擇標準： 不具有黏著於玻璃之傾向. 不產生腐独或氧化 熱強度（耐用性）高 磨耗率低 具成本效益= 就圖1中用於在玻璃上形成微結構體之滾壓工具而言，尚 須滿足下列之要求： 可形成微結構體 可加熱（熱傳導性良好） 根據科學性之材料測試、及製造中空玻璃成形用之成形 工具之多年經驗顯示’最能滿足「幾無黏著於玻璃之傾’向」 及「幾不產生腐蝕或氧化」等要求之材科爲鉑、或具有純 PtAu5材料（或分散氧化物PtAu5材料（〇Ds乃之鉑合金（例如 PtAu5合金）。 但該等材料之抗熱性差，抗磨耗性不佳，且十分昴貴。 抗熱性差將減少滾壓工具之結構體精準性，因此對玻璃結 構體亦有不利之影響。 然而’ PtAu5材料因硬度低而造成之材料磨耗卻十分有利 於形成結構體時之機械性金屬切削。針對抗磨耗性高.之要 求雖在製成微結構體時造成困難，但對於滾筒之使用而言 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ______________ X (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 'tr---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 467871 五、發明說明（12) 實爲必要之先決條件。至於如何針對一特定用途而求得最 佳之平衡點，全由熟知此項技藝之人士自行決定。 ‘ 若不使用PtAu5合金，工具材料亦可改用玻璃業界所使用 經塗敷之材料，塗敷之目的係爲降低材料之黏著傾向，抑 或增加其抗磨耗性。 以下爲可能之材料組合：

主體材料： 英高鎳(Inconel) 塗敷材料： SiC

Nicrofer BC/N

鎳鉻立克(Nimonic) TiC/N

Udimet TiAIN

Incoloy MoS2 PM 2000 鉑金合金 鎳-磷 硬金 每種材料組合之目標均爲產生一種抗磨耗、可形成微結 構體、且具熱傳導性之材料，該材料僅略具有（或不具有）黏 著於玻璃之傾向。 爲改良工具與玻璃之相容性、並改良表面之抗磨耗性， 該金屬板與基本金屬中空圓筒7必須以極緊密之方式接合。 在一具體實例中，板8係以熱等靜壓之方式接合。此一方 式係一種涉及將材料完全熔化之大面積擴散熔接法。 若不使用熱等靜壓之方式，基本上可改用任一種表面精 製法，相關之金屬、陶瓷、或精製塗層在以負結構形.成結 構體之前或之後進行塗敷均可。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -o-tl. fQ (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 67 87 ! A7 B7 五、發明說明（13) 板8上結構體之製作對於待製之玻璃結構體之品質有決定 改〈影響’因爲在破璃上形成微結構體時，坡璃必須流入 如圖5與圖6所示之滚動溝槽_。微結構體（亦即環繞整個 旱具疋溝槽）之性質對於玻璃混合物是否能在成形時以機械 :式加以固定有重大影響。因此，極爲平滑且無過切之槽 腹係，為成形法成功之關鍵。另一項要求則爲工具表面之 ‘、、人/貢最小，因爲在滾|過程中，工具之結構體及其上 々任何凹、凸、或瑕疵均將精確複製於壓製變形之玻璃上。 综T之，針對具結構體之滚壓工具有下列要求： 能將所需之玻璃結構體負圖樣作精確之幾何複製 槽紋腹及表面具有高平滑度及低粗糙度 始終維持一必要之拆模角。 滾筒本體1其微結構體之製作方式基本上係隨構成金屬板 8之材料之可切削性而有所不同。一般而言，可使用下列之 方法： 雷射切削法 導線腐蝕法 磨製法 車床車削法 浮刻壓製法 銑工法 触刻法 浪齒腐蚀法 每種方法對於需形成結構體之材料均有其不同之要求。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .—a· (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂--------線， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467 87 1 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（14) 下列方法特別値得業界加以考慮： 雷射切削法 腐蝕法 磨製法 . 精密車麻車削法 根據測試結果顯示，對於微結構體之製作而言，利用單晶 天然鑽石所作之精密車削尤其重要。 前述之驅動件4係爲轉動中空滚動圓筒3而設置，該等驅 動件係固定於轴5上。 因此，驅動件4之作用即在軸5與滾動圓筒3之間傳遞扭矩 。該等驅動件與滚動圓筒'之間係利用四個梯形爪“(如圖2 所示）加以連接，每一爪在操作時可分別與四個形成於滾動 圓筒3兩端之捏向延伸梯形槽3£1接合，且仍具有自由活動之 空間。此處之爪數僅爲一例，亦可敦置3對、6對、或8對對 稱分布之爪’爪數可爲任一大於3之數目。 此處之爪係以具有餘隙之方式進行驅動，—方面可藉由 其幾何形狀而有助於轴向及徑向之熱膨脹（亦即滚筒與驅動 件間不同之熱膨脹）’另一方面，由於僅作小面積之接觸， 因此，僅有微量之熱能得以自滾動圓筒散失至驅動件。 雖然熱膨張之幅度相當可觀，但藉由此—驅動構造便可 獲致滾動圓筒之明確定位，對微結構體之精準度有極大之 助益。 爲避免使輸入之感應能量產生能量損失’驅動件4設有轴 向開缝4b (如圖2所示），位於朝向滾定圓筒之—側。 — II----——α {請先閱讀背面之注专¥項再填寫本頁) >111 — -17 A7 467871 ___B7 五、發明說明（1S) 驅動件4所用之材料最好同於滚動圓筒所用之材料（材料號 碼：2.4816)，該種材料在操作時之高溫下具有足狗之強 度。 軸5利用驅動件4連接一驅動機構9(該驅動機構僅於面端作 象徵性之標示），並同時載有加熱器6及其接線以及仙。軸5 係支撑於具有預力精密心軸軸承之定位—非定位軸承12、 13内，轴承12、13谷許有料向及徑向之自由活動空間。轴5 與驅動件4間之扭矩係經由摩擦接合（各構件相互拉緊）而傳 遞。爲防止腐蝕及磨耗，該等構件之接觸區均塗有一氧化 鋁塗層。 驅動件及軸5係藉由軸螺帽10及杯形彈簧丨丨而於軸向彼此 拉緊’因此，由於該等軸螺帽及杯形彈簧之設置，在驅動 件/滾動圓筒與軸之間便得以產生不同之熱膨脹。在此一設 計中’軸5之作用爲一繫桿，其能增加滚動圓筒3之剛性。 爲设置加熱器之電流供應導線（下文中將有所説明）、空氣 冷卻用之導管、及用於熱電偶（溫度量測）之接線，軸5在實 際施作時係一中2軸。爲使軸之電能損失在電熱過程中維 持偏低之水準，軸上設有六個縱向開缝5a (如圖丨A所示）， 沿軸之圓周平均分布；如此將可防止軸產生感應電流損失。 轴5最好包括材料號碼爲2 4879之高抗熱性材料。 加熱器6係位於滾動圓筒3與軸5間之區域。一作爲熱導體 之PtRhlO條6c (長20公厘，寬Η公厘）係纏繞於一陶瓷圓筒 14之槽14a中，形成一線圏，如圖3所示。 陶資圓筒丨4可使軸5同時達到與熱導體6c絕緣及絕熱之效 -18· 本紙張尺度適用中國國冢標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) α— 訂---------線-.ο^- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 4 β Τ δ 7 1 Β7__________ 五、發明說明（16) ‘ 果。Quarza丨特別適合作爲該陶瓷圓筒之材料。 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 滚動圓筒3係藉由一厚約2公厘之石英玻璃管15而達到與 熱導體6 c絕緣之效果。些微之間距可確保快速、低損失之 熱能傳遞，而石英玻璃之傳輸特性則可確保良好之輻射交 換。 基於前述之幾何構造，滾動圓筒可採間接加熱（電阻加熱） 亦可直接加熱（感應加熱）。製程所需之熱度可利用已知之方 法加以變化，其作法係調節電壓或電流強度。 若不使用熱導體條6c，亦可改用其他幾何形狀，特別是 線狀、样狀、或管狀物。視熱應力之不同，亦可使用其他 熱導體材料，特別是kanthal或nicrothal合金、或貴金屬合 金。 加熱器係經由集電環接觸總成16、及桿.元件6a、6b而獲 得電能之供應，該集電環接觸總成係位於軸之一端，而該 等捍元件則位於中空軸5中（如圖3所示）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4以平面圖之方式顯示集電環接觸總成16之進—步細節 。基本上，集電環接觸總成16包括四個具有銀石屢碳i 6b之 雙腿碳固定件16a ’可成對滑移於一相對應之圓柱形部份 16c ’電流導線6a、6b (圖3)之一端即分別延伸至該等圓柱 形部份。夹】6d則可連接供電線。 爲防止軸5產生過熱之現象，軸之内部安裝有兩陶宪管17 ’冷空氣可經由該等陶瓷管之禹端吹入該轴之中心此— 冷空氣可再次由陶瓷管之兩端排出。一熱電偶丨8(如圖1A所 示）位於線圈之中央，具有一外伸之端子18a (如圖i所示）， -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 467871 A7 ---------§ζ_____ 五、發明說明（17) 可藉以監視溫度並調節加熱器。 此一加熱器可採空氣冷卻之方式運作，成爲—歐姆電阻 加熱芬（50赫兹）。加熱之方式亦可選用中頻感應加熱法，其 中所使用I電導體可爲鋼（水冷式）或貴金屬（不需冷卻）。 加熱器係本發明成形滚筒之基本構件，此因重新成形成 形法（此亦本發明與先前技藝不同之處）需將玻璃基體作司標 性心重新加熱。重新加熱之方式係故意將滾動圓筒3加熱至 同毛Tg之溫度（Tg即待形成結構體之玻璃之轉脆溫度）。爲 .僅在基體之表面構成接近成形工具之精細結構體，必須有 精準之imt度控制’使玻璃之最小勃性係發生於成形工具與 玻璃間之邊界層。爲此，工具之溫度須高於經基本預熱之 玻璃基體之玻璃溫度。 另方面，基體將因熱工具而形成溫度梯度，該溫度梯 度將產生熱應力。爲避免基體破裂，有必要將該應力減至 取】 這將決足玻璃在成形前其起始溫度之下限。在減壓_ 範圍内，此一溫度下限係高於玻璃轉脆溫度（韌性約爲1〇 E + 12巴斯卡（dPa))。因此，爲儘量減少對初始材料基本結 構之影響’玻璃之起始溫度應儘可能予以降低。 經由材料傳輸而與重新成形之過程相關之玻璃薄表面層 溫度在成形時至爲關键。此一成形溫度等同於工具與玻璃 兩者在接觸前之混合溫度❶構件之性質（例如熱導性及熱容 量）亦有重要之影響。在整個成形過程中，由於熱能係從熱 工具流入溫度較低之工件’因此，必須確保士具可於接觸 點獲得固定不變之熱能供應，以便讓材料持續流入溝槽内 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 丨^ 丨 τ! Ϊ.~Λ!—！訂 -------— -線.. V-V t {請先聞讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 87 1 _ ^ A7 '" _____________ 五、發明說明（18) 。在此例中之作法係加熱滾筒之内部，滚筒内部因實心金 屬中空圓筒7之緣故而熱容量高。丄具溫度高則邊界面之溫 度亦高，如此將可加速成形之過程，但亦將加快整個^ 之受熱速度，由於試樣之厚度有限，試樣將因而損失其穩 定=，致使其無法與貼附其上之工具分離，除非將該試樣 破壞。至於爲何當溫度升高及/或成形時間縮短時會發生試 樣穩定性降低之現象，可由嚴重折曲之勒性/溫度曲線得I 答案。 用於形成所需結構（特別是高度大於寬度之胁條）之成形時 間係由「流入溝槽」之事件加以決定。其限制因素如下： 壓力：線性 韌性：線性 南度：二次函數 寬度：二次函數 就直徑120公厘、成形接合寬度約3公厘之滚筒而言，浪 壓過程中之滚壓速度若爲每秒2公厘，則適當之變形時間約 在1.5秒左右。 成形力之產生係藉由將成形滚筒1壓於軟化（具黏滯性）之 玻璃上。因此，只要成形速度夠低並維持在此—水準，則 成形力並非以應力之形式出現，而係液體之内部壓力。因 此，使玻璃開始流入工具上溝槽8a之壓力即爲：（力）/(滚筒 與玻璃2之接觸面積）^此一面積係決定於滾筒之直徑及滚 筒之壓下深度，因此亦決定於成形溫度之高低。 本發明成形滚筒之構造有助於一適當之製程控制，在此 -21 - 本紙張尺度適用中國图家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） L· V Λ-- —— — ! — J^. ! I 訂---11111 — ^^·· r.T 、r./ (if先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 4 6 7 8 7 1 a7 _ _B7_;_ 五、發明說明（19) 製程控制下，便能以原本不可能之方式，藉由嚴格遵守前 述之重新成形參數，形成精密之微結構體。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) U--------tri! 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 公 6 4

   1. 一種在玻璃（2)上形構成結構體且具有結構體表面之成形 工具（1)，其具有 —一滾.動圓筒（3)，包括一金屬中空圓筒（7)，其外套 上設有一金屬成形板（8)，與該金屬.中空圓筒有大面積之 緊密接觸，該金屬成形板設有凹’部（8a)，對應於待製玻 璃結構體之負圖樣； —一轴（5)，用於連績驅動該滾動圓筒（3)，該轴穿過 該金屬中空圓筒（7); 一 兩驅動件（4)，固定安.裝於該軸（5)，安裝之高度即 為該金屬中空圓筒(7)其面端所在之高度，該兩驅動件在 操作時可與該中空圓筒（7)確實接合；及 —一電熱器（6)，以絕緣之方式設置於該軸（5)與該金 屬中空圓筒（7)之間，其與該軸之間設有一額外之絕熱裝 置。 2. 如申請專利範圍第1項之成形工具，其中構成該金屬中空 圓筒（7)之材料係鎳之鍛造用合金，最好係材料號碼為 2.4816之合金。 經濟部中央標準局舅工消費合作社印策 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3. 如申請專利範圍第1或第2項之成形工具，其中該成形板 (8)之材料包括一抗磨耗、可形成微結構體、JL具熱傳導 性之材料，其黏著於玻璃之傾向為最小。 4. 如申請專利範圍第3項之成形工具，其中該板（8)包括一 PtAu5合金，其具有純PtAu5材料、或具有分散氧化物 PtAu5材料。 5. 如申請專利範圍第3項之成形工具，其中該板（8)包括一 本紙張尺度逋用中國國家操準（CNS > A4说格（210X297公釐） 4 67 87 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局舅工消費合作社中製 六、申請專利範圍 基礎材料，其上塗有一塗層。 6. 如申請專利範園第1項之成形工具，其中該成形板（8)係熱 等靜壓於該金屬中空園筒（7)。 7. 如申請專利範圍第1項之成形工具，其中該等用於形成結 構體之凹部（8a)係以精密車削法利用鑽石工具製成於該 成形板（8)上。 8. 如申請專利範園第1項之成形工具，其中該等驅動件（4) 至少具有三個對稱分布之梯形爪（4a)，及與之互補之梯 形凹口（3 a) ’該等梯形凹口 係設於該金屬中空圓筒（7)之 面端’其與該等爪（4a)在操作時係藉由小接觸面相互接 合β 9. 如申請專利範圍第1項之成形工具，其中該等驅動件 具有面向該中空圓筒之軸向開縫（4b)。 1〇·如申請專利範圍第I項之成形工具，其中該軸（5)係製成 —中2軸，並支撐於具有預力心軸軸承之定位一非定位 軸承（12、13)内。. u.如申請專利範圍第丨項之成形工具，其中該等驅動件（4) 及鱗軸（5)係藉由軸螺帽（1〇)及杯形彈簧而以—繫桿 之方式於轴向彼此拉緊。 12. 如申請專利範園第ϊ〇或第u項之成形工具，其中該軸（5) 具有複數條縱向開缝（5a)，均勾分布於該軸之圓周。 13. 如申清專利範圍第1項之成形工具，其中一陶瓷圓筒（^ 4) 可以不產生相對轉動之方式滑至該軸（5)上’該陶瓷圓筒 之外套上容納有該電熱器（6)之熱導體（6C); 一石英玻璃 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕

   5 / 5 V 丁 - - ί 一 * 公 / y 4 8 AB1CD 申請專利範圍 管（15)可滑至該具有熱導體（6c)之陶资圓筒（i4)上，用於 與相鄰之中空滾筒（7)絕緣。 14·如申請專利範圍第13項之成形工具，其中係以一 ptRU〇 條（6c)作為熱導體，該PtRh 10條係纏繞於該陶瓷圓筒i 4 之槽（14a)中，形成一線圈。 ‘ 15‘如申請專利範園第1項之成形工具，其中在該抽(5)上設 有一集電環總成（16) ’用於將電能供應至該電熱器（6)。 16.如申請專利範園第1〇項之成形工具，其中在該中空軸（5) 之内部至少設有一陶瓷管（17)，用於供應冷卻用之空氣。 如申請專利範園第10項之成形工具*其中在該中空軸（5) 之内部安裝有一熱電偶（18)。. (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）