專利名稱：包含一些斷裂線的窗玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)在窗玻璃中有意設(shè)置的斷裂區(qū)域的方法，該方法具有權(quán)利要求1的前序部分的特征。
在德國專利申請10225555，5-21中，描述了一些具有一些有意設(shè)置的斷裂區(qū)域的多層窗玻璃，用于汽車中(如風(fēng)擋或者車頂窗玻璃)。在與汽車碰撞中涉及到碰撞行人，騎自行車者...時，所述多層窗玻璃在撞擊下比常規(guī)的多層窗玻璃更容易斷裂，從而撞擊程度被明顯減弱并且最小化了受傷的危險。
在上述的專利申請中，討論了許多已知的可能性，以便生產(chǎn)這樣的有意設(shè)置的斷裂區(qū)域；在這里用作參考。
根據(jù)以前的申請，最好通過建立局部限定的應(yīng)力梯度來建立窗玻璃的弱化部分，也就是說，在該玻璃中建立各向異性的應(yīng)力狀態(tài)，從而以定向方式和局部限定的方式減少該玻璃的抗斷裂強(qiáng)度。該應(yīng)力梯度位于該窗玻璃的厚度上同樣也位于該玻璃的表面上。在一種載荷下，例如由于該窗玻璃的彎曲和超出預(yù)定的范圍，所述強(qiáng)度超出應(yīng)力梯度范圍從而該窗玻璃斷裂。
可以通過局部加熱該窗玻璃超出其轉(zhuǎn)變溫度然后快速冷卻而建立局部限定的應(yīng)力梯度。該熱預(yù)應(yīng)力的方法被廣泛使用，但是在已知方法中，所述整個窗玻璃被均勻加熱和鋼化。所述局部加熱例如通過激光器或者氣體火焰而進(jìn)行。
在因特網(wǎng)鏈接http//www.vitro.de，描述了一種方法，通過該方法一些可見的空間結(jié)構(gòu)例如人的肖像通過一種受電腦和機(jī)器手控制的激光器裝置在一些玻璃主體中實現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)通過激光束在預(yù)定穿透深度聚焦產(chǎn)生過熱而實現(xiàn)。
DE19957317教導(dǎo)一些相對該窗玻璃垂直的斷裂線，所述窗玻璃不能提供根據(jù)撞擊受力表面的不同而不同的性能。
根據(jù)本發(fā)明的問題是提出一種另外的方法，通過該方法可以在一個窗玻璃中建立一些對所述結(jié)構(gòu)的局部改進(jìn)，在過載時該改進(jìn)有利于所述結(jié)構(gòu)的斷裂，所述改進(jìn)具有根據(jù)窗玻璃受力表面而不同的性能。
根據(jù)本發(fā)明，該問題通過權(quán)利要求1的特征部分被解決。所述從屬權(quán)利要求的特征給出了一些本發(fā)明的優(yōu)選方式。
上述的方法適合于裝飾和再現(xiàn)，為了借助在程序的指導(dǎo)下在不同穿透深度聚焦的能量射線特別是激光射線對玻璃主體的局部破壞可以根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行，生產(chǎn)在窗玻璃中有意設(shè)置的斷裂區(qū)域。特別有利地，該斷裂的擴(kuò)展在這種情況下可以非常精確地預(yù)定，即在玻璃體中以稍微類似于穿孔的方式形成一些微裂紋。然而，該破壞不必影響該窗玻璃的表面，例如已知的劃痕那樣。相反，根據(jù)本發(fā)明的方法允許以距所述兩個表面合適的或小或大的距離產(chǎn)生所述窗玻璃的內(nèi)部弱化。
用于生產(chǎn)一些微裂紋的常用方法是在該透明材料中聚焦激光脈沖。另外還能夠假想一種通過連續(xù)輻照(連續(xù)波激光器的功能)的特別的過熱，從而產(chǎn)生一些應(yīng)力裂紋。在焦點區(qū)域中，或者產(chǎn)生了由于玻璃殘余吸收應(yīng)用的激光波長導(dǎo)致過熱，或者該玻璃中所述連接通過一次吸收多個光子(吸收多個光子)進(jìn)行的光化學(xué)作用而斷裂，所述玻璃母體的部分被離子化并且隨后破裂。
通過聚焦具有例如1064nm或者532nm(一般在紅外線范圍(NdYAG激光器)和在可見光范圍)的波長的激光器，該玻璃在幾微米至少100微米的區(qū)域中突然局部破壞，使得在該玻璃中存在一些微裂紋，沿所述微裂紋該玻璃在隨后的撞擊時破裂。
如果在該玻璃上以一個速度實施聚焦的激光束，使得所述單個脈沖的焦點分隔地位于該玻璃中，則如下面那樣描述單個微損傷點的特征如果這樣的斷裂點的放大結(jié)構(gòu)總體上類似于焦點強(qiáng)度的分布的像(在該激光的強(qiáng)度仍然足夠大的地方該材料已經(jīng)被移動，破壞或者變形)，則可以具有類似于圍繞縱軸旋轉(zhuǎn)的雙曲線的形狀的微損傷點(類似于沙漏)。該特征來自下述事實聚焦的均勻激光束一般擁有最小的厚度的狹縮(在最窄的點處聚焦的激光束的直徑總是有限的)，類似于在所述沙漏的兩個泡部分之間引導(dǎo)的狹窄部分。
弱化區(qū)域或者在玻璃主體中的最小強(qiáng)度的區(qū)域的空間設(shè)置以及尺寸和/或者大小因此可以非常精確地限定。另外還可以定向調(diào)節(jié)在該窗玻璃厚度上的弱化區(qū)域的軌跡。當(dāng)然，所述弱化區(qū)域或者最小強(qiáng)度的區(qū)域可以穿入垂直于表面的深度中。然而這并不是絕對必須的。相反，該已知技術(shù)和裝置的應(yīng)用允許實施穿過該窗玻璃的厚度的復(fù)雜的弱化軌跡。特別地，可以建立一種大致圓錐形的弱化結(jié)構(gòu)(或者楔子形)，通過這樣的弱化結(jié)構(gòu)該斷裂性能沿導(dǎo)致斷裂的作用力的方向是不同的。術(shù)語圓錐不是必須采取精確的幾何形狀(盡管這種情況并不排除)。該術(shù)語表明所述穿過該窗玻璃的的側(cè)面的弱化線在通過該窗玻璃的外周時是發(fā)散的。特別是，如同所述窗玻璃大致包括4個主側(cè)面，可以說所述弱化線大致兩兩發(fā)散，也就是說存在兩個分別含有兩個弱化線的組，每個組的每個弱化線相對同一組的另一個弱化線位于該窗玻璃的另一個側(cè)面并且相對在該窗玻璃中的另一個側(cè)面發(fā)散。所述弱化線相對垂直于該窗玻璃的法線傾斜的事實根據(jù)所述撞擊發(fā)生在該窗玻璃的一個表面或者另一個表面上賦予該窗玻璃不同的撞擊性能(一般是凹形表面或者凸形表面)。事實上甚至從一個弱化線相對該窗玻璃的側(cè)面至少部分傾斜起開始這個效應(yīng)。因此該弱化線的全部不必在該窗玻璃的整個外周上傾斜。
因此，本發(fā)明首先涉及一種用于生產(chǎn)在窗玻璃中有意設(shè)置的斷裂區(qū)域，其中借助于穿入到該玻璃中的能量束進(jìn)行對該窗玻璃結(jié)構(gòu)的局部過熱，其中通過沿按照該玻璃1的斷裂的優(yōu)選軌跡的預(yù)定軌跡線3順序引導(dǎo)該能量束以及沿該軌跡線3或者相對該窗玻璃1的表面的不同深度順序聚焦該能量束從而產(chǎn)生有意設(shè)置的斷裂區(qū)域，穿入的不同深度的順序聚焦遵循相對該玻璃表面的法線傾斜和/或者彎曲的線以便在窗玻璃中建立一個弱化結(jié)構(gòu)，使得根據(jù)導(dǎo)致斷裂的作用力的方向獲得該窗玻璃1的不同的斷裂性能。本發(fā)明的剛剛給出的定義覆蓋了如下事實該弱化線可以至少部分彎曲或者傾斜。
所述弱化區(qū)域還可以不僅是連續(xù)的實施，還可以以穿孔形式在具有中斷的中斷線或者虛線形式下實施，或者以3種尺寸分布所述點。同樣，可以假想一些僅僅在該窗玻璃的預(yù)定深度處的微裂紋。這些措施有利于實現(xiàn)所述條件，根據(jù)該條件該種“弱化”窗玻璃在任何情況下僅僅在施加可感覺到的過載時才斷裂。
為了影響所述斷裂的隨后的擴(kuò)展，還可以調(diào)整相對該窗玻璃的形狀的入射的激光束的傾斜度(即相對在加工點處窗玻璃的法線確定的傾斜度)，從而最好出現(xiàn)在通過激光器的聚焦獲得的微損傷點處的一個斷裂方向在該斷裂的期望的隨后的軌跡上疊置以便這些斷裂在窗玻璃隨后的斷裂時以期望的方式擴(kuò)展。
該方法還可以在多層窗玻璃情況下無困難地使用，即在組裝一些窗玻璃為一個完工產(chǎn)品之前或者之后。在一種這樣的復(fù)合產(chǎn)品的剛性窗玻璃之間的該粘合劑層在這種情況下可以與弱化部分分開。因此，保證了盡管該窗玻璃被弱化仍有足夠的抗穿入強(qiáng)度防止破壞的企圖。
例如可以確保所述同樣的窗玻璃，例如汽車風(fēng)擋在隨后的來自外面的人體撞擊而斷裂的情況下，相對柔韌并且根據(jù)先前的發(fā)明接收該人體，但是同時汽車的乘客從該車量的內(nèi)側(cè)面撞擊也被可靠地保護(hù)以防止被彈出車外的危險。
在該玻璃中有意設(shè)置的斷裂區(qū)域或者軌跡可以根據(jù)能量束的功率或者能量是可見的或者不可見的。在可見的斷裂區(qū)域的情況下，如果需要，還可以通過一些不透明的彩色框架在被處理的窗玻璃的邊緣附近區(qū)域中掩蓋它不被看見，所述不透明彩色框架主要用在汽車窗玻璃中。
在玻璃中由激光導(dǎo)致的損傷可以分布有可見損傷和不可見損傷。
在射線能量或者射線功率非常大(“大于閥值的射線”)以至于通過該射線例如一些(肉眼)可見的微裂紋的損傷出現(xiàn)在被處理過的地方時產(chǎn)生在該玻璃中的可見損傷。在這種情況下，該能量和/或者功率的預(yù)定閥值已經(jīng)被超過并且產(chǎn)生了斷裂結(jié)構(gòu)，該預(yù)定閥值是由該射線處理的媒介的特征決定的(并且還可以取決于該處理過的地方的先前的歷史)。
在射線能量或者射線功率不夠高(“小于閥值的射線)從而不產(chǎn)生可見的損傷(肉眼看不到但用光學(xué)顯微鏡可以看到)時在玻璃中有不可見損傷，但是此時因為熱作用力或者機(jī)械作用力的作用，用“低于閥值的射線”在同一個地方反復(fù)照射導(dǎo)致了可見損傷。為了產(chǎn)生不可見的斷裂區(qū)域，可以使用在“statistical study of single andmultiple pulse laser-induced damage in glasses”，OpticsExpress，12月16日，第10卷，25號第1465頁中描述的技術(shù)。在這里引入的所述機(jī)構(gòu)并不是被精確地包括，而是大致考慮在該玻璃中的損傷突然出現(xiàn)在首先暴露于“有斷裂征兆”(在玻璃中隨后破壞的位置的開始)的位置的玻璃的區(qū)域。這些“斷裂征兆”可以是一些缺陷，一些雜質(zhì)或者一些彩色中心。然而還應(yīng)注意到在任何情況下這個制品的發(fā)明者都不會建立受到射線作用的支架的任何弱化。
很明顯，本發(fā)明主題的預(yù)先的損傷至少在顯微鏡下是可見的，因為涉及到了用于所述窗玻璃的安全性的重要特征，該特征必須遵守許可的國家程序并且因此必須被第三者證實為具有可接受的成本。
本發(fā)明目標(biāo)的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點將從一些實施例的附圖和下面進(jìn)行的描述而得出。
簡示出的附圖包括

圖1是窗玻璃視圖，沿該窗玻璃的邊緣形成一個周邊弱化區(qū)域；圖2示出穿過設(shè)有弱化區(qū)域的橫截面；圖3示出了在窗玻璃的厚度中弱化區(qū)域的可能的不同軌跡集合；和圖4示出了窗玻璃的視圖，沿該窗玻璃的邊緣形成一個非整個周邊的弱化區(qū)域。
根據(jù)圖1，作為汽車風(fēng)擋的窗玻璃1設(shè)有一個沿其外邊緣2延伸的弱化區(qū)域3，該弱化區(qū)域3由斷裂線示出。在實際的窗玻璃1中，該弱化區(qū)域被一個不透明的彩色油漆帶4覆蓋，在這里只能看到該油漆帶的那邊緣。
很清楚該方法當(dāng)然可以用于加工建筑物中使用的窗玻璃。
在圖2中，可以看到在用一個小片段表示的整塊窗玻璃1’的玻璃體中設(shè)置的組分別在左側(cè)和右側(cè)的兩組微裂紋5，每組中有兩個用短劃線表示的細(xì)線?？傮w上，這些微裂紋可以構(gòu)成圖1示出的類型的周邊弱化區(qū)域3。
然而當(dāng)在一個實際的窗玻璃中僅僅形成至少2個彼此相對設(shè)置的弱化區(qū)域或者弱化線也可以實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)，所述弱化區(qū)域沿該窗玻璃的整個周邊延伸，這與圖1示出的不同。所述弱化區(qū)域可以靠近邊緣，例如僅僅沿該窗玻璃1的兩個短側(cè)邊或者僅僅沿兩個長側(cè)邊設(shè)置，而所述弱化區(qū)域最好延伸到該窗玻璃1的外邊緣。該弱化區(qū)域?qū)⒃摯安Ａ?的表面的一個區(qū)域封閉在該弱化區(qū)域之間，從而大致獲得了圖2中的可見圖形。
可以看到所述微裂紋5并不影響該窗玻璃1的表面，而是只位于該玻璃體內(nèi)部。
另外，所述微裂紋并不連續(xù)實施，而是用穿孔的方式實施為具有中斷的中斷線。甚至在該弱化區(qū)域3的縱向軌跡中，所述微裂紋不必必須是連續(xù)的。
最后，圖2還示出了所述微裂紋5在該窗玻璃厚度內(nèi)部遵循一個相對在該窗玻璃的表面上的垂線或者法線彎曲或者傾斜的軌跡。所述彼此相對的在左側(cè)和右側(cè)設(shè)置的微裂紋組在這種情況下沿相反方向取向?？傮w上，在所述微裂紋組之間形成了一個具有大致圓錐或者楔子形狀的斷裂輪廓的斷裂件(碎片)，即具有發(fā)散的表面。這些發(fā)散表面兩兩設(shè)置在所述斷裂件的兩側(cè)(右側(cè)的弱化線5和左側(cè)的弱化線5是發(fā)散的)。在該窗玻璃1’的凹形側(cè)面的導(dǎo)致斷裂的力的作用下，可以獲得一種不同于對應(yīng)于在窗玻璃1’的凸形側(cè)面作用的力的斷裂性能的斷裂性能。在后面的情況中，該窗玻璃將更加柔韌，而在第一種情況中可以獲得一定的保持作用，所述保持作用來自在力的方向中并列的斷裂側(cè)邊的覆蓋層。對于具體的應(yīng)用情況來說，所述微裂紋軌跡和一些弱化區(qū)域當(dāng)然必須通過試驗進(jìn)行優(yōu)化；這里沒有按具體比例示出的設(shè)置僅僅用于示范。
在將所述微裂紋引導(dǎo)到該窗玻璃的一個表面上的表面中，當(dāng)所述做法在達(dá)到另一個表面中的表面之前的或遠(yuǎn)或近的位置結(jié)束時，可以獲得根據(jù)作用力的方向而不同的斷裂反應(yīng)。示意地，這等效于在所述表面中的一個裂紋(至少部分)并且有利于該裂紋沿所述預(yù)先受損傷的表面擴(kuò)展。
圖3還示出了一系列構(gòu)造變形，其中所述微裂紋5可以在所述窗玻璃中形成；在左側(cè)，示出了一個垂直于該窗玻璃的表面的直線軌跡，在它右側(cè)示出了一個相對所述表面(這里裂紋的端部延伸到表面)傾斜約45度的直線軌跡，然后是兩個不同的彎曲軌跡。最后在右側(cè)，示出了一個獨特的“微損傷點”。這樣的隔開的點系列特別是幾乎不可見，用于沿該圖1的線3的軌跡形成，該隔開的點系列在某些情況中可以足夠用來實現(xiàn)期望的效果。所有這些情況和多個其它的變形可以通過所述方法用激光束再現(xiàn)地實現(xiàn)，費(fèi)用相對較低，用時短并且可以在機(jī)器上進(jìn)行自動化。
圖4示出了構(gòu)成汽車風(fēng)擋的設(shè)有兩個弱化線3和3’的窗玻璃1，所述弱化線沿窗玻璃1的外邊緣2延伸并且用虛線表示。所述兩組線3和3’并沒有連接以便在撞擊時在風(fēng)擋上流出更多的強(qiáng)度。所述弱化線被不透明的彩色油漆帶覆蓋。該窗玻璃具有兩個分別含有兩個弱化線的組(一方面是兩個線3的組，另一方面是兩個線3’的組)。在所述兩組內(nèi)部，每個弱化線穿過該側(cè)面傾斜，也就是說相對與所述弱化線在同一位置的窗玻璃的法線傾斜。
權(quán)利要求
1.用于生產(chǎn)在窗玻璃中有意設(shè)置的斷裂區(qū)域的方法，其中通過穿入所述玻璃中的能量束導(dǎo)致該玻璃的結(jié)構(gòu)局部過熱，其中通過沿按照該玻璃(1)的斷裂的優(yōu)選軌跡的預(yù)定軌跡(線3)順序引導(dǎo)該能量束以及沿該軌跡(線3)和相對該窗玻璃1的表面的不同深度順序聚焦該能量束從而產(chǎn)生有意設(shè)置的斷裂區(qū)域，其特征在于，穿入的不同深度的順序聚焦遵循相對該玻璃表面的法線傾斜和/或者彎曲的線以便在窗玻璃中建立一個弱化結(jié)構(gòu)，使得根據(jù)導(dǎo)致斷裂的作用力的方向獲得該窗玻璃(1)的不同的斷裂性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該弱化結(jié)構(gòu)為圓錐或者楔子形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，沿至少兩條彼此相對的線生產(chǎn)有意設(shè)置的斷裂區(qū)域(5)并且在所述線之間封閉了該窗玻璃(1)的表面的一個區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于，通過有意設(shè)置的斷裂區(qū)域(5)整體形成一個周邊弱化區(qū)域(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2或者3所述的方法，其特征在于，沿所述軌跡(線3)連續(xù)或者斷續(xù)安排所述有意設(shè)置的斷裂區(qū)域(5)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為一個或者多個已經(jīng)集成或者將要集成到一個多層窗玻璃中的窗玻璃裝備有意設(shè)置的斷裂區(qū)域。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在玻璃體中建立構(gòu)成有意設(shè)置的斷裂區(qū)域的微裂紋，同時不會破壞該玻璃的一個或者所述兩個表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，在該窗玻璃的至少一個表面上生產(chǎn)露出的微裂紋。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在視覺上掩蓋有意設(shè)置的斷裂區(qū)域或者窗玻璃的弱化區(qū)域。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，使用具有1064nm或者532nm波長的激光。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述能量射線具有下述性能不足夠產(chǎn)生可見(肉眼可見)損傷而是在窗玻璃中或者上產(chǎn)生初始損傷的能量或者功率，該初始損傷在重新暴露于能量射線或者熱力作用，化學(xué)作用或者機(jī)械作用下可以發(fā)展為裂紋或者在該窗玻璃中的可見損傷。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，能量或者離子射線在一種對于上述類型的射線至少部分透明的材料中或者上，以便建立有意設(shè)置的斷裂區(qū)域、弱化區(qū)域或者一些缺陷，所述有意設(shè)置的斷裂區(qū)域、弱化區(qū)域或者一些缺陷通過用聚焦的射線，受激發(fā)射或者超射線對待處理的位置的局部環(huán)境進(jìn)行化學(xué)或者物理定向構(gòu)造以及因此局部射線密度在待處理的區(qū)域中增加而獲得。
13.具有至少一個弱化區(qū)域(3)的窗玻璃(1)，該弱化區(qū)域有利于在窗玻璃過載時沿預(yù)定的斷裂軌跡斷裂，該斷裂是通過借助于能量射線特別是上述權(quán)利要求中任一項所述的方法建立微裂紋而形成，其中所述弱化區(qū)域(3)在考慮穿過該窗玻璃(1)的厚度的橫截面時具有一個相對該玻璃的表面的法線傾斜的軌跡和/或者彎曲軌跡。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的窗玻璃，所述弱化區(qū)域(3)由至少兩個將該窗玻璃的表面的一個區(qū)域封閉在其中的線形成，并且所述兩個線特別延伸到該窗玻璃的邊緣處。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或者14所述的窗玻璃，該弱化區(qū)域(3)描繪了一個距離外部邊緣一個距離的周邊線，使得導(dǎo)致了具有圓錐形或者楔子形的斷裂輪廓的斷裂碎片。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項所述的窗玻璃，其中，該弱化區(qū)域(3)包括一些在至少一個表面上露出的微裂紋(5)以便產(chǎn)生優(yōu)選的斷裂反應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-16中任一項所述的窗玻璃的應(yīng)用，用作汽車中的彎曲風(fēng)擋，其中，彼此對置的所述弱化區(qū)域(5)沿相反方向并且沿從該窗玻璃(1)的凸形表面向凹形表面發(fā)散的方向取向，使得該窗玻璃(1)在隨后的撞擊來自外部側(cè)面的主體而斷裂時相對較柔韌。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有有意設(shè)置的斷裂區(qū)域的窗玻璃，該窗玻璃通過下述方法獲得借助于穿入該玻璃中的能量束局部加熱玻璃結(jié)構(gòu)，其中通過沿按照該窗玻璃(1)斷裂的優(yōu)選軌跡的預(yù)定的軌跡(線3)順序引導(dǎo)所述能量束以及沿該軌跡順序聚焦并且還在相對該窗玻璃(1)的表面的不同深度聚焦所述3能量束從而生產(chǎn)有意設(shè)置的斷裂區(qū)域，所述不同穿透深度的順序聚焦遵循相對所述玻璃的法線傾斜和/或者彎曲的線，使得在窗玻璃中建立一個弱化結(jié)構(gòu)，以便根據(jù)導(dǎo)致斷裂的作用力的方向獲得所述窗玻璃(1)的不同的斷裂性能。
文檔編號B23K26/00GK1798706SQ200480003964
公開日2006年7月5日 申請日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者A·厄爾萊因 申請人:法國圣戈班玻璃廠