Brevet FR2002736A1 — publié le 19691031

i 2002736 L'invention a trait à un procédé et à un appareil pour sectionner par exposition du verre à l'action d'une source thermique afin de provoquer une contrainte thermique temporaire dans la plaque de verre. 5 Le verre se coupe actuellement en gravant ou incisant une grande face du verre à l'aide d'une roulette d'incision, dure et effilée, ou d'un autre type d'outil graveur, puis en détachant le verre le long de l'incision en appliquant un moment de flexion sur le verre. L'outillage utilisé pour pratiquer l'incision et 10 appliquer ce moment de flexion est compliqué en raison de la nécessité du centrage du trait d'incision par rapport aux organes actifs de l'appareillage de flexion. Le verre sectionné et obtenu par cette méthode d'incision suivie d'une flexion présente de nombreux défauts le long du -bord de sectionnement, ce qui diminue 15 la valeur du produit final. L'invention décrite ci-dessous prévoit un procédé et un appareil pour sectionner le verre par induction d'une contrainte thermique temporaire qui engendre ensuite une fracture dans le verre, sans pratiquer d'incision préalable, le long de la ligne d'application de ladite contrainte thermique. 20 Le procédé et l'appareil selon l'invention peuvent servir à graver, aussi bien dans le sens longitudinal que dans le sens transversal, des rubans ou des plaques de verre au cours de l'élaboration de verre à vitres et en plaques. Le verre peut être soit fixe par rapport à la source de chaleur, soit mobile par rapport à cette 25 source. L'invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique illustrant le procédé de sectionnement selon l'invention. 30 La figure 2 est une vue illustrant un procédé permettant d'engendrer une fracture dans une plaque dé verre à avance commandée, de telle manière que cette fracture se propagé dans le sens longitudinal de ladite plaque de verre. Les figures J, 4, 5 et 6 illustrent schématiquement les 35 phases d'un procédé utilisant une combinaison de contrainte thermique et de moments de flexion pour sectionner du verre. La figure J illustre un procédé de sectionnement du verre dans lequel on utilise conjointement une source de chaleur et une source froide. 40 On a découvert qu'il est possible de sectionner une BAD ORIGINAL 69 02708 2 200273ô ■ plaque de verre en appliquant la chaleur produite par.une source appropriée de manière à provoquer une concentration d'efforts de nature thermique le long de la ligne de cassure envisagée. La concentration d'efforts ou'de contraintes thermiques temporaires ^ est obtenue par l'exposition du verre à l'action d'une source de chaleur 1 disposée à une certaine distance du verre 2. Les contraintes précitées peuvent être concentrées autour d'un point de sollicitation opportunément choisi, par exemple un défaut dans le verre, tel qu'une entaille ou encoche-jO 3. Le mécanisme de sectionnement du verre semble devoir être attribué à l'établissement d'un gradient thermique transitoire à travers l'épaisseur du verre, lequel détruit l'équilibre existant entre la traction et la compression, l'état de déséquilibre et les efforts qui en résultent déterminant la cassure. Les sources de chaleur qui conviennent pour cette application comprennent les lasers (état gazeux et solide), les maser, lampes, flammes, chalumeaux, et énergies extérieures réfléchies, et/ou des combinaisons adéquates de ces différentes sources. La source de chaleur peut être raccordée par des conducteurs 5 à une source de 20 puissance. L'énergie est concentrée le long du tracé désiré pour obtenir la fracture, pendant un temps qui dépend de l'épaisseur du verre et aussi de sa composition. La matière vitreuse peut être sectionnée en utilisant une moindre quantité d'énergie à con-25 dition de prévoir, au point de fracture envisagé, une entaille 3 afin de constituer un point ou foyer de concentration de la con~ trainte. . Dans le procédé selon l'invention, la source d'énergie 1 n'est pas appliquée directement sur la surface du verre .2, mais 30 elle est maintenue à une certaine distance-de celle-ci. D'autres modes de réalisation de l'invention visent des procédés de sectionnement le long d'une ligne de fracture ou cassure lorsque le tracé:de celle-ci est beaucoup plus long que la source de chaleur utilisée. Selon un procédé particulier, on utili-•55 se une .source Rayonnante • de 60 cm.; Une' cassure peut; être engendrée suivant un trajet rectiligne1 en déplaçant cette source de chaleur à la vitesse de 38 mm/s.le long du trajet envisagé, lequel peut avoir, par exemple, une longueur d'environ 125 cnu-Ce processus peut être amorcé en chauffant le tracé envisagé pour la cassure 2^q sur une distance de 150 mm vers l'intérieur, à partir du bord 02708 5 20027 36 d'attaque de la plaque de verre, pendant environ 1Q secondes. On peut omettre l'entaille marginale 3 et les contraintes thermiques assuretont néanmoins la fracture du verre; toutefois, cela exige l'absorption d'une grande quantité d'énergie. Suivant un autre mode de réalisation, on chauffe une plaque de verre de 6,35 mm pendant 12 secondes et l'on sectionne le verre le long de la ligne d'exposition à la chaleur, sans pratiquer d'entaille préalable. Toutefois, en utilisant une telle entaille, il suffit d'exposer le verre à la chaleur pendant 9 secondes pour obtenir le sectionnement du verre. Suivant tan autre mode de réalisation, on forme -une entaille marginale 3 dans le verre 2, puis celui-ci est chauffé pendant 5 secondes, après quoi on applique un effort de flexion qui sectionne le verre. On constate que le temps d'application de la chaleur pour obtenir la cassure est réduit par la présence de l'entaille 3- Il existe une relation entre l'entaille ou amorce de rupture 3 et le sens de propagation 6 (figure 2) de la ligne de cassure. L'application de chaleur sur le coté du verre pourvu d'une entaille marginale 3 constitue le procédé le plus efficace de sectionnement du verre. L'application d'un moment de flexion de part et d'autre d'une ligne passant par l'entaille ou amorce 3 a donné le sectionnement le plus rapide parmi tous les procédés décrits ici. Suivant une variante de mise en oeuvre de l'invention, on peut placer une source d'énergie de chaque côté de la plaque à sectionner, surtout dans le cas de verre épais. Ce procédé diminue le temps total nécessaire pour provoquer des concentrations de contraintes thermiques suffisantes pour obtenir la cassure du verre. Dans une autre variante d'application de l'invention, on peut utiliser line source unique d'énergie thermique, d'une longueur de 125 cni, pour sectionner de grandes plaques de même largeur. On place une plaque de verre 2 au-dessous de la source de chaleur 1, on pratique une entaille marginale 3 dans le verre, et l'énergie thermique est appliquée au verre pendant environ 4 à 5 secondes. Puis on exerce un effort de flexion autour de l'entaille 3 et le verre se sectionne le long de la ligne d'application de la chaleur. Dans une autre application de l'invention, une plaque de 84 cm de large peut être utilisée pour démontrer l'effet de 69 02708 4 20027-36 ""découpage ou cassure marginale". Une source d1 énergie thermique 1 est dirigée vers l'entaille marginale 3 formée sur une distance d'environ 150 mm vers l'intérieur, à partir du bord d'attaque de la plaque, pendant une période d'environ 9 à 12 secondes. La cas-5 sure se propage dans le sens de la flèche 6 sur tou^e la longueur de la plaque de verre 2 au fur et à mesure que celle-ci se déplace, dans le sens de la flèche 2a, sous ladite source. Ce procédé est illustré schénatiquement figure 2. Il a été constaté que la cassure ou fracture effectuée 10 dans une grande plaque de verre épais n'est pas recoill-ne; elle suit au contraire une ligne courbe d'un coté à l'autre, même si les pointes de cassure au bord se trouvent sur une ligne droite perpendiculaire à ce bord. Il a été découvert que si l'on traçait ensuite la forme courbe de la ligne de sectionnement sur une se-15 conde plaque de verre, et si l'on appliquait l'énergie thermique de ladite source le long de cette courbe telle sur le verre, il se produisait une ligne de séparation, laquelle suivait un parcours rectiligne perpendiculaire à un bord, d'un point à un autre des bords latéraux de la plaque. Par conséquent, 20 si l'on engendre une courbe initiale de sectionnement par cassure thermique, on peut s'en servir par la suite comme gabarit pour déplacer une source de chaleur le long de la courbe, ce qui donne lieu à une séparation en ligne droite lors du sectionnement des plaques de verre suivantes de même épaisseur. 25 Selon d'autres modes de réalisation, il est possible de sectionner le verre en combinant l'action de sources d'énergie thermique avec un milieu refroidissant. Une disposition de ce genre est représentée figure 7. Pendant l'opération de sectionnement, on oriente la source d'énergie 1 vers une face du verre 2, et sur la 30 face opposée on utilise une plaque froide unique 7 ou autre moyen propre à rétablir le profil d'application de la contrainte thermique à travers le verre 2. La position de la plaque froide 7 par rapport à la source de chaleur 1 peut servir à diriger et régler la contrainte thermique qui provoque le sectionnement. De nombreux 25 moyens réfrigérants, y compris de la glace sèche et de l'acétone, peuvent être utilisés pour refroidir là plaque en contact avec la surface du verre. Exemple 1 On a effectué un sectionnement thermique en utilisant 2j.q pour cela des plaques de verre ayant les dimensions suivante*- : 69 02/08 5 ' • • ri ~i J L. ZU1/ i-/ ûO 0,60 m x 0,16? m x 0,00635 m. A une extrémité, au milieu de la largeur de 162 mm, on a pratiqué une entaille 3 de 6,35 mm, puis on a placé cette entaille au-dessous d'une source linéaire de chaleur 1. Celle-ci a été appliquée selon des durées et des niveaux 5 de puissance différents, jusqu'à l'obtention de gradient de température correct, en vue de déterminer les niveaux d'énergie, en fonction du temps de chauffage, nécessaires pour "ouvrir" la ligne d'incision conjointement aux moments de flexion appliqués par des pinces de cassure. 10 On trouvera ci-après les données mises en oeuvre pour le sectionnement d'un verre transparent de 6,35 mm d'épaisseur, chauffé à puissance maximale pendant des périodes de temps différentes : 15 20 25 Echantillon Volts Ampères Temps Puissance (secondes) (Watts) 1. '588 8,3 3 191 2. 588 8,3 4 191 3- 588 8,3 3,5 191 4. 588 8,3 4 191 5. 588 8,3 - 6 191 6. 300 5*8 6 3.91 7. 300 5,8 7 191 30 Les combinaisons ci-dessus de tensions, intensités et durées donnent généralement d'excellentes cassures. Le meilleur 25 rendement semble avoir été obtenu avec l'échantillon N° 4 sous 588 V et 8,3 ampères, pendant une exposition de 4 secondes. Le sectionnement thermique par source de chaleur rayjnnante a été effectué en utilisant l'appareillage représenté schématiquement sur la figure 1. 2j.q Une pièce de verre 2 est placée sour un réflecteur 1 BAD ORIGINAL 6v 02/08 6 2002736 elliptique 4 et l'on appliqué la source de chaleur en utilisant les puissances et durées indiquées ci-dessus. La chaleur rayonnante appliquée par la source établit des contraintes thermiques dans le verre par suite des gradients thermiques transitoires qui tra-5 versent l'épaisseur du verre et le sectionnent ensuite dans son plan moyen. Exemple II Découpage du verre épais 10 Epaisseur de plaque Niveau de puissance Temps j Mode opératoire 1 15 1. 19 mm 5KW 11 s avec entaille Cassure thermique | avec concentration de contraintes ! 2. 12,7 mm 5KW 9 s avec entaille Cassure thermique avec concentration j de contraintes 20 3. 12,7 mm 5KW 4 s avec entaille Cassure thermique-brusque par con- 1 centration de contraintes Les essais 1 et 2 ci-dessus montrent que le verre a été sectionné en effectuant une concentration de contraintes autour 25 d'une entaille marginale. Le troisième essai constitue une excellente démonstration, indiquant l'économie considérable que l'on pouvait réaliser dans le découpage du verre par la suppression de la méthode de l'incision préalable. Une opération typique de découpage marginal exécutée en 30 utilisant une plaque froide a été représentée figure 7. Une plaque de verre 2 de 6,35 mm d'épaisseur et d'environ 0,6l m x 0,8l m a été utilisée pour cette expérience. Une plaque froide 7 est appliquée sur une partie du verre, à environ 20 mm de l'entaille marginale 3, de la façon indiquée. Le mode de réalisation représenté 35 vise le découpage d'une bande de 50 mm de largeur en plaçant une source de chaleur 1 au voisinage- de la surface du verre, mais à l'opposé de l'entaille marginale 3- Dans cette opération, la plaque est refroidie pendant une minute à l'aide de glace sèche ou autre matériau approprié. La source de chaleur 1 est ensuite ame« née, près du verre, pendant 6 secondes et en assure la cassure. fcv 02/08 7 2007736 Un autre mode de réalisation de l'invention concerne le découpage marginal de grandes plaques. Ainsi qu'il a été décrit plus haut, le sectionnement thermique de grandes plaques par induction de contraintes thermiques produit une coupe d'allure curvili-^ gne, que l'on peut rendre rectiligne lors du sectionnement de plaques suivantes en appliquant la source de chaleur le long de la ligne courbe de la première plaque. Cependant, il a été découvert qu'en plaçant une plaque refroidie, de manière appropriée par rapport à la source de chaleur linéaire et à la ligne désirée de dé-10 coupage, il est possible de contrôler efficacement le trajet de la propagation de la cassure. On obtient de bons résultats en plaçant la source froide à environ 10 mm du trajet envisagé pour la cassure. Les procédés et appareils pour le sectionnement thermi-15 que qui ont été décrits ci-dessus présentent plusieurs avantages en ce qui concerne le sectionnement de verre épais, à savoir : une facilité accrue de sectionnement des plaques, la coupure laissant des bords lisses et uniformes, sans biseaux et autres irrégularités de surface habituelles; les opérations d'ébarbage 20 peuvent être effectuées efficacement, le bord ébarbé étant relativement étroit (moins de 50 mm de large). Cependant, le plus grand avantage réside dans la suppression de l'appareillage compliqué pour inciser le verre avant de le sectionner effectivement. Les inconvénients qui accompagnent la méthode d'incision ont déjà été 25 exposés plus haut, à savoir : la nécessité de faire coïncider l'application du moment de flexion exactement avec l'axe longitudinal de l'incision. Tout écart par rapport à cet axe se traduit par des défauts indésirables. L'invention permet désormais de découper du verre efficacement sans qu'il y ait une corrélation quel-30 conque entre des mécanismes d'incision, le trait d'incision qu'ils forment, et l'application ultérieure d'un moment de flexion. La suppression, à la fois de l'outillage et du problème que représente l'application d'un moment de flexion le long de la ligne d'incision, se traduit par une économie appréciable, tant du point de 35 vue de l'équipement que de la suppression des rognures ou chutes de verre. Les procédés et appareils selon.l'invenA on constituent un moyen économique permettant d'assurer la fabrication continue ou intermittente de plaques ou feuilles de verre calibrées, tout 40 en supprimant les inconvénients que représente un outillage complique d'incision et de flexion. BA0 ORJGJNAL 69 02708 î 2002736 REVEND! C.--TI ONS 1° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre, caractérisé en ce qu'il consiste à exposer cette plaque à l'action d'une source d'énergie thermique de manière à provoquer des contraintes thermiques temporaires dans ladite plaque, jusqu'à ce • ~ 5 que le verre se coupe -le long de la ligne d'application de ladite énergie. - 2° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre, caractérisé en ce qu'il consiste : à former ion défaut artificiel dans une zone marginale de la 10 plaque. à exposer cette plaque à une source d'énergie•thermique qui coïncide avec ledit défaut artificiel,-de manière-à induire ainsi une contrainte thermique temporaire dans le verre jusqu'à ce que ce dernier se coupe le long de la ligne d'application de ladite X5 énergie. 3° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre, caractérisé en ce qu'il consiste : à former un défaut artificiel dans une zone marginale de cette plaque; 20 à exposer la plaque à une source d'énergie thermique qui coïncide avec ledit défaut artificiel, puis à appliquer un moment de flexion de côté et d'autre de la ligne d'application d'énergie afin de couper la plaque, le long de cette ligne. 4° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre, 25 caractérisé en ce qu'il consiste : à appliquer une énergie thermique à cette plaque de verre; à concentrer cette énergie le long d'une ligne de propagation de cassure; à engendrer une cassure le long de ladite ligne par suite de 30 contraintes thermiques temporaires induites dans la plaque. 5° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une source d'énergie ra5ronnante le long de*la surface de ladite plaque de verre et à sectionner cette plaque en induisant des contraintes thermiques 55 temporaires dans la plaque,' ladite source d'énergie ayant une longueur coïncidant avec la longueur de ladite ligne de sectionnement. - . BAD ORIGINAL 69 02708 2002736 6° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre, caractérisé en ce qu'il comprend les phases qui consistent à appliquer une source d'énergie rayonnante à une face principale opposée de la plaque, à former un défaut artificiel dans un bord de la ^ plaque et à sectionner la plaque le long d'une ligne passant par ce défaut artificiel. 7° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre le long d'une ligne droite rectiligne, caractérisé en ce qu'il consiste: jO à. sectionner une première plaque par le procédé suivant la-revendication lj. . à appliquer une source de chaleur à une seconde plaque à sectionner, le long du bord sectionné de la première plaque afin d'engendrer une cassure et de sectionner ce verre le long d'une ligne perpendiculaire à un bord de la-plaque. 8° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une source d'énergie rayonnante le long de la surface de la "plaque de verre et à sectionner cette plaqua par induction de contraintes thermiques tera-2o poraires dans la plaque, ladite source d'énergie coïncidant avec • • la ligne de sectionnement sur une partie seulement de la longueur de cette ligne de sectionnement. 9° Un procédé de sectionnement d'une plaque de verre, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une source d'énergie 25 rayonnante le long d'une face principale de la plaque, à appliquer une plaque froide sur la face principale opposée de la plaque de verre, à induire.des contraintes thermiques temporaires dans ladite plaque, et à appliquer un moment de flexion le long de la ligne de propagation des contraintes temporaires afin de couper 50 la plaque. 10° Un procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit défaut artificiel est une entaille marginale. 11° Un procédé suivant le revendication 4, caractérisé en ce que la phase de concentration de l'énergie le long d'une ligne de propagation de la cassure consiste à former un défaut non-naturel dans une^surface du verre. 12° Un procédé de sectionnement- d'une plaque -de verre le long d'une ligne droite déterminée, caractérisé en ce qu'il comprend les phases qui consistent à sectionner une première pla-40 que par le procédé suivant la revendication 1, à appliquer■une $AD ORIGINAL 69 02708 2002736 source d'énergie thermique à une seconde plaque, le long du contour du bord sectionné de la première plaque, et à l'appliquer un moment de flexion le long de la ligne"d'application de la source de chaleur pour couper la plaque. 5 13° Un procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la source d'énergie thermique est constituée par un appareil de chauffage linéaire.