相關申請

本申請根據專利法主張于2014年11月17日申請的美國臨時申請序號62/080571的優(yōu)先權，所述申請的內容是本申請的基礎并且全文以引用的方式并入本文。

背景技術：

本發(fā)明技術與一種使用超音波近場懸浮進行軟化、粘性或粘彈性材料的非接觸式傳送或成形的方法與設備有關。所述方法與設備尤其適于傳輸或成形熱玻璃。

融合下拉工藝用于形成具有火焰磨光質量的純凈表面的片材，諸如玻璃。此類片材可以用于形成產品的3d成形玻璃部分，例如，諸如移動電話蓋體、汽車車窗和建筑應用。因為成形玻璃部分用于保持和保護顯示器或用于窗戶，因此成形玻璃部分必須純凈并且具有完美光學質量。

本領域中存在許多已知工藝用于將玻璃片材重整為3d部分。已知工藝包括擠壓、下垂、真空成形、壓力成形、以及它們組合。重整玻璃的最終形狀為對形成模具的復制。現(xiàn)有技術形成工藝的一個缺點為，難以獲得具有所需的純凈表面質量的部分。表面質量為形成環(huán)境的潔凈度的函數，并且也取決于在形成工藝中玻璃與模具的相互作用。尤其在高溫下，當玻璃較軟時，玻璃可能在接觸較冷模具時無法均勻冷卻，從而造成較高應力以及玻璃的最終形狀的改變。由于模具氧化、玻璃粘附模具以及將加工或工具標記從模具轉移到玻璃也會在玻璃中造成缺陷。另外，由于形成工藝，玻璃需要一步步地移動，并且在處理玻璃時避免對玻璃邊緣或表面的損壞可為一項挑戰(zhàn)。

重整工藝的另一缺點為，由于較高溫玻璃與較冷模具接觸，模具可能變形或受損。因此，模具壽命有限，并且必需定期準備和置換模具，以便限制重整玻璃中的表面缺陷。必需定期置換模具造成重整工藝成本增加。

在傳送和重整操作過程中避免與玻璃的接觸是理想的，因為有可能會限制對玻璃和模具的損壞，并且也有可能增加模具壽命，因此降低成本。

本領域中存在對物體進行非接觸且低接觸式傳送的技術。例如，使用磁力或氣墊的輸送系統(tǒng)是本領域已知和使用的。氣墊可由沿輸送路徑或軌道流過噴嘴的空氣產生?；蛘撸暡梢杂糜诋a生氣墊以便輸送物體。在此類系統(tǒng)中，將輸送的物體位于振動表面頂上，并且具有堅實、平面表面。從振動表面發(fā)出的聲波形成氣體擠壓膜，氣體擠壓膜產生于使物體懸浮在振動表面上方的懸浮力。已知懸浮系統(tǒng)的一項要求為，將懸浮的物體必須具有堅硬或堅實的表面。本領域中需要的是一種能夠用于懸浮熱或熔融玻璃、或諸如膠體的不具有堅硬或堅實的表面的其他粘性材料的懸浮系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術中的至少一種實施方式提供一種使用聲波使軟化、粘性或粘彈性材料(諸如像加熱玻璃)懸浮的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括至少一個支撐結構和至少一個振動發(fā)生器，至少一個支撐結構具有剛性表面，至少一個振動發(fā)生器可操作地連接到剛性表面，以便通過振動發(fā)生器產生聲波并且將所述聲波傳輸到所述剛性表面。剛性表面由于聲波進行振動，從而在加熱玻璃與剛性表面之間形成氣體擠壓膜，氣體擠壓膜產生足以懸浮加熱玻璃的懸浮力，以使玻璃不與剛性表面接觸。在一個方面中，所述系統(tǒng)用于對加熱玻璃的非接觸式傳送。在另一方面中，所述系統(tǒng)用于對加熱玻璃的非接觸式成形。在另一方面中，所述系統(tǒng)用于對加熱玻璃的非接觸式澆鑄。

在另一實施方式中，本發(fā)明的技術涉及使用聲波使軟化、粘性或粘彈性材料(諸如像加熱玻璃)懸浮的方法。所述方法包括(a)提供支撐結構，所述支撐結構具有剛性表面，并且提供振動發(fā)生器，所述振動發(fā)生器可操作地連接到剛性表面，(b)通過振動發(fā)生器產生聲波并且將聲波傳輸到剛性表面，聲波的頻率和振幅足以振動剛性表面并且由此鄰近剛性表面形成氣體擠壓膜，氣體擠壓膜所具有的壓力大于環(huán)境空氣壓力，以及(c)利用由氣體擠壓膜產生的壓力懸浮材料，使得材料不與剛性表面接觸。所述方法可以用于傳送、成形或澆鑄加熱玻璃。

在以下詳細描述中將會闡明其他特征和優(yōu)點，并且將部分地對于本領域的技術人員來說從說明書顯而易見或者通過實踐本文所述實施方式(包括以下詳細描述、權利要求、以及附圖)而認識到。

應當理解，以上概述和以下詳述兩者都僅僅是示例性的，并且預期提供用于了解權利要求書的本質和特征的概觀或架構。附圖被包括以提供進一步的理解，并且并入本說明書中并構成本說明書的一部分。附圖描述一或多個實施方式，并與描述一起用于說明各種實施方式的原理和操作。

附圖說明

圖1為用于使用近場聲學懸浮傳送加熱玻璃的系統(tǒng)的側視圖；

圖2為用于使用近場聲學懸浮重整模具中的加熱玻璃的系統(tǒng)的側視圖；

圖3為圖2系統(tǒng)的一個實施方式的局部切除的側視圖；

圖4為與真空組合的圖3實施方式的局部切除的側視圖；

圖5為繪出負載力對擠壓數的的曲線圖；

圖6為結合有壓力帽蓋的圖2系統(tǒng)的側視圖；

圖7為結合有壓力帽蓋的圖3實施方式的局部切除的側視圖；

圖8為結合有頂部模具的圖2系統(tǒng)的側視圖；

圖9為結合有頂部模具的圖3實施方式的局部切除的側視圖；

圖10為用于使用近場聲學懸浮成形加熱玻璃的系統(tǒng)的替代實施方式的側視圖；

圖11為圖10系統(tǒng)的一部分的放大圖；

圖12為用于使用近場聲學懸浮模制熔融玻璃的系統(tǒng)的側視圖。

具體實施方式

現(xiàn)將詳細參考本發(fā)明的技術的各種非限制性實施方式，其他們示例在附圖中示出。在盡可能的情況下，在整個附圖中使用相同附圖標記指示相同或相似的部分。

圖1描述使用近場聲學懸浮使加熱玻璃懸浮的系統(tǒng)10的實施方式。在這個實施方式中，系統(tǒng)10使用聲學懸浮傳送玻璃11，其中玻璃可被加熱?！凹訜岵ＡА北硎咎幱诘扔诨蚋哂谄洳ＡмD化溫度的溫度的玻璃，諸如處于變形點、膨脹軟化點、利特頓軟化點、流動點、工作點或熔點，即，在玻璃處于軟化、粘性或粘彈性狀態(tài)的條件下。加熱玻璃包括未預先冷卻的熔融或熱玻璃，以及已經歷加熱步驟的玻璃，因此它是處于玻璃轉化溫度以上。也考慮到，玻璃可為預成形的形狀，例如，輕薄、平面形狀，它在懸浮之前或期間被完整地或部分地加熱。

系統(tǒng)10包括耦接到音極20的振動源12，音極具有剛性表面22。振動源12包括傳感器14，傳感器結合有任何合適傳感器元件或其他元件，諸如一個壓電元件或磁致伸縮元件或多個壓電元件或磁致伸縮元件。振動源12還包括了耦接到傳感器14的升壓器或聲學變換器16。在這個實施方式中，升壓器16具有截頭錐形形狀，錐形基部鄰近傳感器14。當通電時，例如通過供應電流，傳感器14產生聲波，聲波穿過升壓器16而傳輸到音極20的剛性表面22。聲波可為振動、超音波或兆音波。升壓器16可以維持聲波振幅，或替代地，可以增加傳輸到音極20的聲波的振幅。音極20將聲波傳輸和散布到其剛性表面22。理想地，升壓器16相對于音極20和其剛性表面22來定位，以使振動方向是垂直于剛性表面。

剛性表面22響應于散布在剛性表面上方的聲波而振動。為了最佳效率，振動運動可為垂直或近似地垂直于音極表面。同樣重要的是，振動運動是盡可能地均一或均勻的。當加熱玻璃11定位在振動中的剛性表面22的近場區(qū)域內時，在加熱玻璃與剛性表面之間形成起氣體擠壓膜，這產生了懸浮加熱玻璃的懸浮力(壓力)。取決于壓縮數ε產生的懸浮力(振動振幅a與懸浮物體飛行高度h0的比率)根據以下等式：

懸浮加熱玻所需要的負載力部分地取決于加熱玻璃的尺寸和重量。當振動源操作以提供具有在約1微米至約200微米的范圍內的振幅和在約5,000至約2,000,000赫茲的范圍內(或者在20,000至50,000赫茲的范圍內)的操作頻率的聲波時，可以產生足夠的負載力。

圖2示出用于懸浮加熱玻璃的系統(tǒng)110的另一實施方式。在這個實施方式中，系統(tǒng)110使用聲學懸浮將加熱玻璃成形為特定形狀，例如，諸如三維形狀或較薄、平面片狀。系統(tǒng)包括耦接到音極的振動源112，音極充當模具120，具有用于將玻璃成形為所需形狀的剛性表面122。振動源112包括傳感器114，傳感器結合有任何合適傳感器元件或其他元件，諸如一個壓電元件或磁致伸縮元件或多個壓電元件或磁致伸縮元件，以便將電流轉換為小的位移。振動源112還包括了升壓器116，用于放大由傳感器產生的振動。升壓器116系可操作地連接到音極120，在這個實施方式中，音極120充當模具。音極將振動傳輸和散布到模具表面122。

振動源112相對于模具表面122而定位，以使振動方向是垂直于模具表面。同樣重要的是，振動運動是在模具表面上盡可能地均一或均勻地分布的，以便準確將加熱玻璃成形為模具表面122的形狀。在這個實施方式的一個方面中，振動源產生具有約15微米振幅和不超過約2微米振動的振動。

模具可以各種材料制造，例如，諸如石英玻璃、碳化硅、氧化鋯、不銹鋼和鈦合金。合適模具材料應當在形成玻璃所需溫度(例如，1000攝氏度以上、1500攝氏度以上或更高的)下為穩(wěn)定的，并且具有低的密度，以及在高達1000攝氏度的溫度下穩(wěn)定且較高的楊氏模量數值。典型楊氏模量數值在50至3000千兆帕(gpa)的范圍。另外，模具材料應當具有低的正切因子，并且能夠以高準確度加工或成形并且以低粗糙度(ra<0.8)拋光。理想地，模具材料還應具有對玻璃的低親和度。

在操作中，振動源112通電，例如，使用將電流供應至傳感器114。傳感器114產生聲波，穿過升壓器116而傳輸到音極(模具)120的剛性表面122。聲波可為振動、超音波或兆音波。模具表面122響應于散布在模具表面上方的聲波而振動。玻璃被引入到振動中的模具表面122的近場區(qū)域中。在這個實施方式的一個方面中，玻璃接近或高于其軟化點溫度，以使其粘性對玻璃而言低至足以靠其本身重量下垂。當玻璃朝向模具表面122下垂時，在加熱玻璃與模具表面之間形成氣體擠壓膜，氣體擠壓膜產生懸浮加熱玻璃的懸浮力(壓力)。作用在玻璃上的重力將足以使氣體擠壓膜平衡。當模具表面繼續(xù)振動時，加熱玻璃取得模具形狀，但是作用在玻璃上的懸浮力防止玻璃與模具表面的接觸。

在圖2實施方式的一個方面中，加熱玻璃主要通過輻射在模具中冷卻。在選定較冷玻璃溫度下，聲波減小或停止，從而允許模制玻璃與模具的接觸而不造成損壞。因為模具表面處于比玻璃更低的溫度，因此玻璃溫度將通過傳到而快速降低?；蛘撸訜岵ＡЭ膳c模具一起冷卻，直到玻璃溫度足夠冷卻，這樣，玻璃就會變得堅硬，并且可以在不造成損壞的情況下從模具中釋放。

圖2實施方式的特定示例在圖3中示出。在這個示例中，振動源212包括傳感器214，傳感器結合有任何合適傳感器元件或其他元件，可操作地耦接到升壓器216a和216b。升壓器216a和216b可操作地耦接到音極220，并且將由傳感器214產生的聲波傳輸到音極220。音極220具有模具表面222，模具響應于散布在模具表面222上方的聲波而振動。音極220和模具表面222可由各種材料形成，諸如以上關于圖2實施方式所提到的任何材料。

加熱玻璃被引入到振動中的模具表面222的近場區(qū)域中，并且由于重力而靠其本身重量下垂。當玻璃朝向模具表面222下垂時，于加熱玻璃與模具表面之間形成氣體擠壓膜，氣體擠壓膜產生懸浮加熱玻璃的懸浮力(壓力)。作用在玻璃上的重力將足以使氣體擠壓膜平衡。當模具表面繼續(xù)振動時，加熱玻璃取得模具形狀，但是作用在玻璃上的懸浮力防止玻璃與模具表面的接觸。

為了強化作用在加熱玻璃上的重力，可以在音極220中提供，如圖4所繪示孔口(諸如真空孔洞224)。當在真空孔洞處產生負壓(真空)時，負壓作用于加熱玻璃底部表面上，并且增加作用在玻璃上的負載力。合適真空壓力范圍為從約-10毫巴至約-500毫巴。

在圖5繪示的曲線圖中可以看到，增加在氣體擠壓膜上的真空壓力的效果。理論上，當a/h0→1時，負載力趨近于無窮大，而模具表面與加熱玻璃之間的距離接近為0。飛行高度h0越低，就會產生越薄的氣體擠壓膜和更大的力，從而將加熱玻璃成形為模具表面形狀。從真空孔洞中產生負壓有利地使氣體擠壓膜更快形成并且平衡，以及形成較薄的氣體擠壓膜和較低玻璃飛行高度。本領域的技術人員應當理解，在圖2實施方式的模具120中也可設有真空孔洞以便強化作用在加熱玻璃上的重力。

作為在模具中提供真空孔洞以產生負壓的替代方式，可以在模具上放置壓力帽蓋，從而提供作用在加熱玻璃頂部表面上的氣體壓力源。這個替代方式針對圖2實施方式在圖6中示出，并且針對圖3實施方式在圖7中示出。壓力帽蓋(圖6的130、圖7的230)可以使用與模具使用的相同材料制造，例如，諸如石英玻璃、碳化硅、氧化鋯、不銹鋼和鈦合金。壓力源可為任何氣體，但是一般是空氣或氮氣。由壓力帽蓋提供的一般壓力范圍為從10至1000毫巴。由壓力帽蓋供應的額外壓力由于對氣體擠壓膜的較快平衡和較薄的壓縮膜而提供了更快形成速度。壓力帽蓋也允許了在形成工藝中使用較高粘性玻璃(并且因此使用較低溫度系統(tǒng))。

圖2和圖3的實施方式的另一替代方式在圖8和圖9中示出。在這個替代方式中，系統(tǒng)具有上部音極而非壓力帽蓋，上部音極充當上部模具(圖8的140、圖9的240)，其定位在音極(圖8的120、圖9的220)上方。上部音極具有剛性表面(圖8的142、圖9的242)，并連接到振動源(圖8的152、圖9的252)，振動源包括傳感器(圖8的154、圖9的254)和升壓器(圖8的156、圖9的256a與256b)。傳感器結合有任何合適傳感器元件或其他元件，諸如一個壓電元件或磁致伸縮元件或多個壓電元件或磁致伸縮元件，用于將電流轉換為小的位移。升壓器或升壓器(圖8的156、圖9的256a與256b)維持或放大由傳感器產生的振動。升壓器(圖8的156、圖9的256a與256b)可操作地連接到上部音極(圖8的140、圖9的240)，在這個實施方式中，部音極充當上部模具或柱塞。由傳感器產生的振動由上部模具(音極)(圖8的140、圖9的240)傳輸和散布到剛性表面(圖8的142、圖9的242)。

在這個替代實施方式的操作中，加熱玻璃系是定位在模具表面(圖8的122、圖9的222)上方，模具表面由于傳輸和散布在模具表面上方的聲波而振動。玻璃懸浮，并且接著開始在中心處下垂。同時，也由于散布在上部模具表面(圖8的142、圖9的242)上方的聲波而振動的上部模具(音極)(圖8的140、圖9的240)朝向模具(圖8的120、圖9的220)下降。隨著上部模具下降，玻璃更接近于上部模具表面(圖8的142、圖9的242)，但是因為在玻璃與振動中的上方表面之間形成氣體擠壓膜，因此不與上部模具表面接觸。隨著上部模具繼續(xù)降低，上部模具表面(圖8的142、圖9的242)與玻璃頂部表面之間的氣體擠壓膜、以及模具表面(圖8的122、圖9的222)與玻璃底部表面之間的氣體擠壓膜相互平衡，使得在被形成的玻璃形狀與兩個模具表面中存在均勻的氣體擠壓膜。在形成過程中，玻璃主要通過輻射冷卻，并且最終形成特征形成。在選定較冷溫度下，振動源(圖8的112與152、圖9的212與252)系減慢或停止，使得所形成的玻璃與較冷模具表面(圖8的122、圖9的222)接觸而不造成損壞。所形成的玻璃的溫度接著由于與較冷模具表面的接觸而進一步冷卻?；蛘?，加熱玻璃可與下方模具(圖8的120、圖9的220)和上部模具(圖8的140、圖9的240)兩者一起冷卻，直到玻璃溫度是足夠冷去的，這樣，玻璃變得堅硬，并且可以在不造成損壞的情況下從模具中釋放。

作為以上所公開的實施方式中的任一者的替代，被引入到近場區(qū)域中的玻璃可為預成形的形狀。玻璃可以處于比其軟化點更低的溫度，并在懸浮后被加熱至接近或高于玻璃的軟化點?；蛘?，可將玻璃加熱，使得僅有選定部分被加熱至接近或高于玻璃的軟化點，而其他部分則保持低于剝離的軟化點。對該玻璃的部分的選擇性地加熱允許玻璃可以在加熱部分處選擇性地成形，同時使變形最小化，因為玻璃其余部分保持剛性。加熱元件可以在音極(模具)中或相鄰音極(模具)中提供，以便完成對玻璃的加熱或選擇性的加熱。考慮到的加熱方法包括感應、傳導、對流和輻射方法。

圖10和圖11示出使用近場聲學懸浮遠離形成加熱玻璃的系統(tǒng)160的另一實施方式。系統(tǒng)160包括定位在共用水平平面中并充當滾筒的兩個音極162和164。音極(滾筒)162圍繞軸線163旋轉，并且音極(滾筒)164圍繞軸線165在與滾筒162相反的方向上旋轉。音極162和164間隔開來，以便提供用于接收熱流體玻璃的間隙168。

振動源172被耦接到音極(滾筒)162，并且振動源174被耦接到音極(滾筒)164。振動源172和174各自包括傳感器176、177，傳感器176、177分別可操作地耦接到聲學變換器178、179。傳感器結合有任何合適傳感器元件或其他元件，諸如一個壓電元件或磁致伸縮元件或多個壓電元件或磁致伸縮元件。當通電時，傳感器176、177產生分別穿過聲學變換器178、179而傳輸到音極(滾筒)162、164的聲波，聲波造成音極表面在水平方向上振動。當熱流體玻璃計量到旋轉中的音極162、164上時，它會在間隙168處形成玻璃熔池。音極旋轉造成玻璃被散布為寬薄片材。同時，該音極表面的水平振動造成在玻璃與音極表面之間形成氣體擠壓膜，如圖11中更詳細地示出。氣體擠壓膜產生懸浮玻璃的壓力，因此玻璃不與音極162、164的表面接觸。當結合這個實施方式使用時，術語“懸浮”表示玻璃被推離于滾筒表面。

根據加熱玻璃粘性，作用在玻璃上的重力可能并不足以將玻璃形為寬薄片材。如果重力并不足夠，那么可以產生作用在玻璃下游的額外拉力。拉力可由提供滾筒、胎面或另一裝置產生，以便在玻璃已經足夠冷卻時拉動玻璃，因此與玻璃的接觸將不造成變形。

圖12示出使用近場聲學懸浮使加熱玻璃懸浮的系統(tǒng)的另一實施方式。在這個實施方式中，系統(tǒng)190使用聲學懸浮澆鑄流體(熱)玻璃。系統(tǒng)190包括耦接到模具200的振動源192，模具200具有剛性表面202，用于將玻璃澆鑄為所需形狀，諸如三維形狀。振動源192包括傳感器194，傳感器結合有任何合適傳感器元件或其他元件，振動源192還包括了升壓器196，用于放大由傳感器產生的振動。升壓器196可操作地耦接到模具200，從而將振動傳輸和散布到模具表面202。

在操作中，傳感器194通電，例如通過供應電流，并且產生聲波，聲波穿過升壓器196而傳輸到模具200的剛性表面202。聲波可為振動、超音波或兆音波。模具表面202響應于散布在模具表面上方的聲波而振動。當熱玻璃被引入到振動中的模具表面202的近場區(qū)域中時，在加熱玻璃與模具表面202之間形成氣體擠壓膜，氣體擠壓膜產生懸浮加熱玻璃的懸浮力。當模具表面繼續(xù)振動時，加熱玻璃取得模具形狀，但是作用在玻璃上的懸浮力確保玻璃不與模具表面接觸。加熱玻璃在被澆鑄為所需形狀時，主要通過輻射進行冷卻。在選定較冷玻璃溫度下，聲波減小或停止，使得澆鑄玻璃與模具表面接觸而不造成損壞。因為模具表面處于比玻璃更低的溫度，因此玻璃溫度將通過傳導來降低?；蛘撸訜岵ＡЭ膳c模具一起冷卻，直到玻璃溫度是足夠冷卻的，這樣，玻璃變得堅硬，并且可以在不造成損壞的情況下從模具中釋放。

使用近場聲學懸浮來使加熱玻璃懸浮對于用于傳送、形成或澆鑄加熱玻璃的現(xiàn)有技術方法而言具有許多優(yōu)點。相較用于傳送加熱玻璃的常規(guī)空氣軸承方法，本發(fā)明的傳送系統(tǒng)和方法會在玻璃表面下方提供均質且均勻的壓力分布，這使應力缺陷可最小化。本發(fā)明的系統(tǒng)也避免了可能來自軸承空氣或來自軸承空氣所通過的材料的污染，由此使污染可能造成的表面缺陷被最小化。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)避免由于在玻璃表面上方吹拂的軸承空氣而形成的針點、壓痕或其他應力圖案。

相較常規(guī)形成或澆鑄加熱玻璃，用于形成或澆鑄加熱玻璃的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供許多優(yōu)點。因為加熱玻璃在形成過程中不與模具接觸，因此在玻璃與模具之間很少相互作用，這最小化或消除了玻璃中的刮痕或是其他外觀缺陷、以及玻璃內的應力。另外，玻璃與模具之間的極少相互作用也減少了對模具的磨損，由此延長模具使用壽命。

本領域的技術人員將會清楚，在不背離由權利要求書限定的實施方式的精神和范圍的情況下，可以做出各種的修改和變化。具體來說，雖然在本文中已經具體參考加熱玻璃描述這些實施方式，但是應當理解，這些實施方式無需被限制為加熱玻璃，而且可以利用其他軟化、粘性或粘彈性材料進行實踐。