多物品基板装饰方法和装置

本发明涉及处理基板的工艺和实施上述处理的装置。

本发明涉及的基板处理类型是在基板表面施加装饰性涂层材料， 以产生基板任何要求的可视性(装饰性)外观。

因此，基板提供复合物品(基板加装饰性涂层)必要的强度，而 对装饰性涂层的唯一要求是在物品需要的‘寿命’内保持固定到基板 表面，可承受使用中可能暴露在的且将涂层从基板上分离的任何环境 因素。换句话说，需要一种用于基板的耐久装饰性涂层，并能利用容 易和可靠的方法涂附到基板上，且不显著影响基板的结构完整性。

本发明的开发主要涉及但不限于建筑玻璃基板如建筑物窗玻璃的 涂层，通常仅在基板内表面上涂层。可选的，对其它应用，如淋浴管 式滤网，需要在基板外表面涂层。其它可能的应用包括在汽车工业中 的应用。本发明也可应用到其它材料的平整基板上，如陶瓷、陶器、 黏土制品和其它任何可利用下文所述处理工艺及设备施加陶瓷涂料到 上面的其它材料。

众所周知，可以利用合适的粘结剂将纸或乙烯基装饰层粘到玻璃 或陶瓷基板上。这在室内使用可以接受，但这些装饰层不能耐久，只 能临时保持联接到基板上。

为在建筑物外面使用，结构玻璃层的装饰效果可利用昂贵的‘着 色’方法获得，这种方法是将合适的彩色材料加入到制造玻璃的组分 材料中。为获得基本上均匀的玻璃着色，这要求小心控制混合工艺。 除了成本昂贵之外，该方法在获得整个玻璃上非均匀彩色的着色上没 有灵活性。此外，可以利用表面印刷陶瓷或搪瓷涂料实现要求的装饰 效果。然而，由于图象配准问题，印刷多种颜色是困难的。

已知施加耐久涂层到玻璃层上，这些玻璃层用到拥挤球场(或类 似场所)的“墙”上。其中，陶瓷涂料间隔点以下述方法施加到玻璃 层表面：(1)对于在场地内的运动员，墙壁的内表面是不透明的； (2)对在场地外向内观察的观众，墙壁是透明的。

在体育场使用透明/非透明玻璃被证明在商业上很成功，可使很 多观众观看体育活动，而这在以前是不可能的。涂层施加到玻璃基板 上的方法必须使得涂层耐久，因为涂层会受到球的反复冲击以及运动 员偶而对墙的重冲击。

要求的系列斑点利用印刷技术施加到玻璃层，其中陶瓷涂料施加 到水基转印或承物纸，再转印到玻璃上。上述纸浸入在水中使得涂料 斑点可以转移到类似转印纸之类的表面，临时粘结到完全由手工工艺 确定的玻璃要求位置。

为获得要求的透明/非透明性能，印刷典型1mm的交替分布的清 晰的白色斑点图案，并在白色斑点后面印刷黑色斑点。这具有下述效 应：在场地内由于明亮灯光照射到白色斑点上而使得对着运动员的内 表面表现为不透明；而在玻璃另一侧黑暗中通过印刷的清晰斑点和白 色斑点的黑色一侧向明亮场地内观察的观众，看到墙壁是透明的。

转印和临时定位斑点到玻璃表面之后，玻璃层经受用于制造韧性 玻璃的正常“回火”工艺。玻璃回火工艺为玻璃技术领域的普通技术 人员公知，不需要在这里详细说明。

该技术(玻璃基板耐久涂层)成功的一个关键因素是：转印到玻 璃表面的陶瓷涂料“斑点”在随后的回火工艺中熔凝到玻璃上。其中， 考虑到在使用中承受的载荷因素，这个回火工艺是基板所需要承受 的。

可是，尽管该技术在商业上证明是成功的并有益于顾客，但是它 或多或少是专门用在玻璃层上施加耐久涂层的技术，并需要重要的手 工技术，尤其是在回火前将陶瓷斑点转印到到玻璃层上。这意味着生 产时间依赖于手工技术，而涂层质量依赖于实施这些技术的人员对于 任务的注意力。这对专门的商业应用是可接受的，但对本发明涉及的 大规模施加涂层到基板上的应用不是可行的技术。

这样，使用水性载物转印片一定需要手工操作，这对于小面积图 形重复基准的转印是可接受的，但对大规模商业化工艺是不可行的。 并且，此时产品的尺寸限于单片为60×80cm。

丝网印刷水性载物转印片技术已经在陶器和瓷器工业中(施加的 转印物随后焙烧到工件上)使用了很多年，必要的手工技术在该行业 高品质制造中是可接受的。实际上，拥挤球场玻璃墙壁上涂附陶瓷涂 料斑点的技术来源于陶器和瓷器行业，这在那时应用水性载物转印片 到回火玻璃制品上是独一无二的。

可是，作为拓宽转印陶瓷涂料斑点并随后在回火过程中熔凝到玻 璃表面的概念的初步努力，现存的一种技术可有效地使“彩色”印刷 应用到在窗玻璃上作为基本永久的装饰性涂层。并且在该技术中，水 性载物转印或“贴花法”和随后的回火工艺得到使用，其中首先印刷 实图象，即玻璃层完全涂层；再用类似1mm的孔(以允许通过窗户 向外看)进行冲孔形成。随后，冲孔图象利用手工控制的水性-载物技 术转印到基板上。除了否定整体印刷概念，其优点是消除了在彼此顶 部印刷一些彩色图象时图象配准问题，这是因为可首先印刷实彩色图 象再打孔，从而通过其观察。

然而，尽管推广的这种‘拥挤球场’技术已经被大多数玻璃厂商 接受并在商业上可行，但是仍依赖于水性载物转印片或贴花釉的使用 以及手工技艺。因此，伴随手工工艺的缺点涉及生产时间和劳动力成 本。

因此，明显存在提供一种改进的玻璃处理工艺的需要，其中可施 加耐久性装饰涂层，并且其方式允许使用自动连续生产技术，同时保 持印刷图象在基板上位置的可靠性和精确性。同时，也需要允许使用 的图象基板尽可能大，但不限于2.15米宽并成为连续环，如通过使用 丝网印刷方法或利用平板印刷方法形成一个供给卷盘。

本发明考虑到这个需要，并应用工艺和设备特征的独特组合来实 现要求的目的。

因此，本发明应用不同类型的承载任何要求的图象的转印片，可 在基板热处理和/或回火而将图象固定到基板前将转印片放到基板上。 其中，其方法允许工艺自动化和连续化，从而在作为热处理和/或回火 工艺的结果转印和随后粘结到基板上后，保持满意的图象质量的同时 增加生产效率。

按照本发明一方面，这里提供一种包含多个物件的基板的自动化 装饰方法，其步骤包括：

连续供给基板和印花釉载体上的热释放印花釉到层压工作台；

对印花釉载体加热，以便同时从载体上释放印花釉并将印花釉沉 积到连续通过层压工作台的基板的暴露表面上；

输送沉积印花釉的基板到印花釉固化炉中；

缓慢加热基板到预定温度，结果从印花釉中除掉所有粘结剂和将 印花釉固定到基板上，从而装饰基板。

温度可足够熔凝印花釉到基板上并固化印花釉，从而上釉彩。如 果对不需要回火的物品进行装饰，那么利用印花釉固化炉对涂层物品 加热，从而熔凝图案到基板上。印花釉固化炉可以是在工艺流程中的 中间炉或者可以是工艺流程中的最终回火炉。如果物品需要回火，那 么该温度也足够对基板回火。

本方法可以包括如下步骤：

在印花釉固化炉中缓慢冷却装饰基板；以及

供给装饰基板到回火炉并快速加热和冷却装饰基板，从而使基板 回火、熔凝印花釉到基板上以及固化印花釉，以便对印花釉上釉彩。

本方法优选包括预热基板的步骤，使得基板在印花釉沉积到其上 时具有预定的温度，从而提高印花釉与基板的粘结力。

基板可以是包括一些零件的单个物品形式，或者包括多个独立零 件的连续物品。对多个单独物品的位置优选进行约束，使得其具有面 对载体带的共同的大致平坦的表面，即多个物品模拟由单个物品构成 的平整基板。可使用一个定位装置来约束上述多个物品的位置。

因此，本发明使用热转印类型的载体带上的图案，在和基板一起 通过层压工作台时转印到基板上，并能够在自动或至少半自动的连续 生产线上制造涂层物品，这增加了生产速度使生产工艺更为经济；同 时应用令人惊奇的发现，即一个精确布置和可靠粘结的图象可在基板 承受的回火过程中固定到基板上。因此，在此情况下，可以认为熔凝 和回火过程同时进行。

为韧化基板并使其适合在建筑物或其它环境下使用，使用回火工 艺。图案类型和供给装置以及载体带及基板的输送使得回火工艺涉及 的时间和能量可应用于将图案固定到基板上。

可以使用彩色印刷技术如卷筒纸胶印(web offset printing)或丝网 印刷将任何需要的图案印刷到载体板上。其中，在利用通常的四色、 单独斑点颜色或增大的四色印刷将图象印刷到载体板上之前，首先形 成要求的原版(原图)并扫描。

优选载体板形成一个供给卷，在需进入层压工作台时可以将载体 板从供给卷中撤出来。

本发明主要的方面之一是可以将可接受的图案在半连续或连续的 工作线上可靠地涂附到基板上，从而使工艺自动化；并且可接受质量 的图案在回火过程中熔凝到基板上。

如果要求提高图案质量，那么涂层基板从层压工作台出来后首先 使其通过中间印花釉固化炉，优选退火炉(Lehr)类型的炉子。在这种 印花釉固化炉中能发生半小时的缓慢焙烧，导致涂层基板温度达到450 ℃。然而，加热可以达到3小时和450℃。经过此阶段后，图案熔凝 到基板上，然后如果需要可以回火。从此加热炉出来可进入合适的回 火炉，这里辐射能通常达到650～705℃，甚至在专门设计的回火炉中 可达到735℃。印花釉固化炉可用来熔凝印花釉到基板上和对其固化， 结果印花釉上釉彩不需要使用随后的回火阶段。

根据从回火炉出来的涂层基板的厚度，可获得下述典型数值，给 出可接受的结果：     涂层厚度 离开回火炉时的表面温度     3mm     630℃     4mm     622℃     6mm     615/618℃     12mm     608℃     15/19mm     600℃     19/25mm     595℃

因此，本发明的方法和装置能将耐久装饰性涂层可靠和精确地固 定到基板需要表面的某位置。图案可以采用任何需要的形式，如果需 要可包括一种或多种颜色(多色)。

因此本发明可用来在玻璃层上形成诸如全彩色图案，并特别适合 建筑中使用的称为“拱肩”的玻璃。

可是，在一些情况下，希望涂附一个其上面具有间隔孔的或具有 斑点阵列的图案，来产生透明涂层。结果，这种涂层施加到如建筑物 玻璃内表面时，建筑物内的人可看到外部；而从外部看到的是具有孔 或间隙的不明显的装饰层。

按照本发明优选的改进，这种类型的图象可通过提供附加的工艺 步骤而方便地形成。这涉及在供给基板到层压工作台之前对基板的预 涂层。预涂层涉及涂附由脱模剂如蜡或脂构成的间隔斑点，并典型以 1mm间隔的图案形式涂附。这种预涂层基板供给到层压工作台，在 这里图案从载体带转印到基板上，并重叠到热释放材料的预涂层斑点 图案上。

在层压工作台中，优选加热设备为加热辊轮的形式，它对载体带 的一侧加热，该热量足够将图象转印到基板上。但是这种加热不会对 基板上的预涂层斑点具有任何显著的影响。

这样形成的叠层即基板、预涂层斑点图案和图象，然后送到回火 工作站，可选通过退火炉。然后，施加到预涂层斑点图案上的热量导 致可加热材料如蜡汽化，并按照唯一可能的方式从其容器中释放出 来，通过重叠的陶瓷涂料图象喷散出来。通过这种方法，在陶瓷涂料 涂层图象中形成简单针孔，从而在回火过程完成之后在基板上形成多 孔图象。

本工艺可以包括一个初始加热步骤，这里基板加热到足够高的温 度来帮助激活带有陶瓷涂料的粘结剂，帮助固定陶瓷图象到基板上。 基板可加热到大约90℃的初始温度。优选基板初始加热到大约120℃ 的温度。

按照本发明的另一方面，这里提供一条自动装饰基板的生产线， 用于装饰包含多个物品的基板的一个表面，该生产线包括：

供给基板到层压工作台的供给装置；

供给印花釉载体上的热释放印花釉到层压工作台的印花釉供给装 置；

布置在所述层压工作台上的加热装置，用于容纳所述印花釉载体 和基板，加热装置同时影响印花釉从印花釉载体上释放，并将印花釉 沉积到基板的暴露表面上；

用于输送沉积印花釉的基板到印花釉固化炉的中间供给装置；以 及

在所述印花釉固化炉中的加热装置，用于缓慢加热沉积印花釉的 基板到预定温度，以便从印花釉中除掉所有粘结剂，并固定印花釉到 基板上从而装饰基板。

优选的，预定温度足够熔凝印花釉到基板上并固化印花釉，以便 对印花釉上釉彩。

优选的，生产线包括一个位于所述印花釉固化炉下游的回火炉， 本回火炉具有加热装饰基板到回火温度的加热装置，从而回火装饰基 板并熔凝印花釉到基板上且固化印花釉，以便对印花釉上釉彩。

优选的，供给装置包括一个确保基板配准图象的定位装置。按照 这种方式，确保了基板和沉积到基板上的印花釉的配准。

优选的，本生产线包括：

一个上游预热炉，用于连续容纳基板并将之加热到预热温度，将 预热基板输送到供给装置，其中选择预热温度以便提高印花釉在基板 上的粘结力。

现在参照附图，仅以举例的方式详细描述本发明的优选实施例。 这些附图包括：

图1表示按照本发明的、适合实施本发明方法的自动生产线的示 意图；

图1a表示生产线的上游预热炉部分；

图2表示在一个定位托盘中由多个物品构成的基板的俯视图。

图3a和图3b分别表示在定位传送带上引导的由一些方形物品或 圆形物品构成的基板的俯视图。

在不同图中，相同的零件使用相同参照数字。

现在参照图1，图的上部框图表示的工艺步骤涉及通过彩色印刷 的扫描过程来转印原版(原图)，结束于一个条带载体的辊子，如一 个其上具有热释放陶瓷涂料图象的纸辊。

示意图的下部表示按照本发明的方法和装置的一个例子是如何操 作的。

这样，本发明的方法和装置，能够自动和半自动制造装饰性涂层 基板，其中基板包括连续供给的若干个玻璃层10，每个玻璃层具有需 要涂层的面11。涂层来源于热释放类型的陶瓷涂料形成的印刷图象， 本图象开始由来自辊子13的载体带12承载。

每个玻璃层10和载体带12利用各自的供给装置(没详细示出) 同时供给到层压工作台14，在载体带12通过层压工作台14时施加热 到载体带12上。这实现了图象的释放并允许图象转印到玻璃层10的 面11上，从而形成从层压工作台14出来的装饰涂层玻璃层，这在图 中表示为10a。层压工作台14包括加热辊轮15，它导致表示为16的 图象释放并叠加到基板10的表面11上。

涂层玻璃层10a然后供给到回火工作站17，其中涂层被加热，足 够使基板回火和韧化玻璃。令人惊奇的发现，这也可以实现图象16 在基板上的熔凝以及使印花釉上釉彩。

如果不需要回火时，为提高熔凝图象的质量或为了充分熔凝和对 图象上釉彩，需要提供一个由虚线框和数字18表示的中间加热阶段， 采用一个其中能发生缓慢焙烧(如时间为半小时和温度为450℃)的 印花釉固化炉。然后部分焙烧和熔凝图象涂附在上面的玻璃层供给到 回火工作站17，在这里进行回火。作为一种选择，基板可以单独在中 间热处理炉热处理，来熔凝图象到基板上并上釉彩。

回火过程时间和热容量依赖于玻璃的厚度，典型的数字表示在下 表中：     玻璃厚度 离开回火炉时的表面温度     3mm     630℃     4mm     622℃     6mm     615/618℃     15/19mm     600℃     19/25mm     595℃

适合本方法和装置的优选预热步骤示于图1a。生产线包括大约2-4 米长的装料台30形式的上游玻璃供给装置，用来容纳待装饰的玻璃 层。装料台具有允许玻璃层正确定位的定位装置。尽管图1b所示的 为辊轮，优选定位装置是便于定位玻璃层的橡胶球自位轮形式。玻璃 供给装置可包括轨道形式的定位装置31，来定位基板的多个物品，结 果一个正确定位的连续表面出现在层压工作台。玻璃供给装置可驱动 传输装置(没示出)，从而自动地供给玻璃层进入生产线。

生产线具有大约4米长的预热炉32。预热炉具有红外加热装置 和温控装置，使离开加热炉的玻璃具有一定的预热温度。选择预热温 度来提高印花釉与通过预热炉的基板暴露表面之间的粘附力。由于印 花釉具有热激活粘结顶层，基板加热提高印花釉到载体的粘附力，这 样加热基板提高了印花釉的粘结力。加热基板也改善了印花釉从印花 釉载体的释放，因为基板热量作用到热释放层上而提高热释放剂上印 花釉的释放。已经发现基板温度大约120℃对本领域中通常使用的蜡 基热释放剂特别有效。

然后，预热基板供给到层压工作台14和转运台34，或者到印花 釉固化炉18或者到回火炉17。

这样描述的本方法和装置，能获得熔凝到多物品基板上作为装饰 涂层的全彩色图象。如果需要在熔凝图象中形成孔的规则图案，可加 入一个附加的预涂层阶段。玻璃基板10容纳由热释放材料如蜡或脂 构成的印刷图案，布置间隔典型为11/2mm。这种预涂层基板10供给 到层压工作台14，再和载体带12相连，随后的工艺和装置和上述说 明基本相同。可是，由热释放材料构成的斑点预涂层图案有效地陷入 到图象16和基板的表面11之间，并且在后续阶段加热涂层基板的行 为导致该材料蒸发并穿过陶瓷图象16，在其上面形成针刺孔。从回火 炉出来的所得基板的涂层图象是上面有针孔的合适彩色图象，对通过 玻璃从涂层一侧向外观察的人而言涂层是透明的。

在前述实例中，基板是包括单个物品即玻璃层的连续基板。本发 明设计包含由具有共同表面的多种物品组成的任何基板，其中利用本 发明方法和本发明装置可涂附装饰涂层到上述共同表面上。由于多个 物品构成的基板具有沉积到上面的整体图象，伴随在单独物品上沉积 部分图象的图案配准问题避免了。如图2所示，术语基板认为包括多 个物件而表现为一个单一的物品，并且多个物件表现为连续方式，从 而提供一个如图3a所示的无缝物品。

参照图2，基板10包括一些方形瓦片20形式的物品。这些瓦片 通常为具有平整上表面21的矩形。这些瓦片由玻璃或陶瓷构成，或 由任何利用本发明方法可将陶瓷涂料装饰层熔凝到上面的材料构成。 这些瓦片设置成一个阵列，它们的上表面21位于一个基本平整的平 面内，从而表现出作为由单个物品构成的基板上表面的共同表面。

利用定位盘22形式的定位装置将多个物品保持在要求的位置。 定位盘可以由金属或任何能承受工艺所用温度而基本无变形或劣化的 其它材料制造。定位盘保持多个瓦片在一定位置，使得它们相对于本 发明加工装置具有共同的平整表面。

由于多个物品被约束表现为由单个物品如单张玻璃层构成的基 板，多个物品可在连续自动化工艺中装饰，而不必单独装饰以及如从 前系统一样分批熔凝图象或对基板回火。多个物品可在通过层压工作 台时利用连续方式同时装饰，然后继续前进，可选择通过印花釉固化 中间炉，再到达连续工艺流程中的回火工作站。结果多个装饰物品的 料盘连续处理而不必分批焙烧。

每个物品可在其上面装饰相同的设计图案，或者可使用单个设计 图案覆盖所有的物品，结果物品中的每个构成整体设计图案中的一个 不同组成部分，类似于犬牙交错。由于可使用一个单独设计图案覆盖 所有物品，因此在瓦片装配在一起复制原设计图案时，在确保设计图 案不同部分正确对准方面不存在困难。并且用于瓦片的装饰涂层来源 于相同的热释放转印釉，在不同瓦片上的每个对应颜色是相同的，这 样在预定的瓦片之间的相同颜色没有变化，而这在使用不同批陶瓷涂 料装饰的瓦片情况时会发生。

参照图3a和3b所示的俯视图，表示处理由一些单独物品构成的 基板的装置。基板10包括一些单独物品20，它们具有在基本平整的 平面内的上表面21从而表现出共同表面。如图3a所示，每个物品包 括矩形瓦片。这些瓦片位于输送物品通过加工装置的输送装置23上。 输送装置23和导向轨道24一起提供一种定位多个物品的定位装置， 使得物品在要求的位置。导向轨道24可以通过弹簧26形式的回弹件 与支承体25联接，结果导向轨道和物品配合而正确定位物品。定位 输送装置表面使得确保多个物品的上表面21在层压工作台上表现为 共同表面，结果可利用与由单个物品构成的基板涂层相同的连续自动 化方式来对由多个物品构成的基板施加装饰涂层。并且，可布置多个 物品提供施加装饰涂层的连续表面。

图3b表示由多个物品20构成的基板，这些物品具有在一个基本 平整的平面内的共同上表面21。利用保持件27和输送装置28一起形 成一个正确定位物品上表面的定位装置来定位物品，结果物品表现出 共同表面，从而可以利用层压工作台对它们进行自动化和连续化装饰 涂层。在邻近物品边缘接触时，物品可纵向间隔开分布或提供连续表 面。

应该理解，不同形式的多个物品可以通过提供合适的定位装置利 用装饰工艺进行处理。结果多个物品表现出基本平坦的表面，从而可 以利用层压工作台对它们进行自动化和连续化装饰涂层。

应该理解，当基板是透明材料时，本方法和装置适合制造“单向” 透明基板。透明装饰物品在一个侧观察基本透明，而在相反方向看时 基本不透明，通过提供合适反射特性的多孔或斑点图案来制造透明装 饰物品的一般技术和方法在前文已经讨论了。

本发明使用的热释放印花釉尤其适合利用按照本发明另一方面的 一些方法来形成多孔或斑点图象。不是预先对印花釉打孔，而是在印 花釉从印花釉载体中释放并沉积到基板上时对其打孔。在本沉积打孔 方法中，印花釉载体是专门制作的。在印花釉载体上的用于形成图象 的印花釉陶瓷涂料下方提供热释放剂中间层。热释放剂的图案和将沉 积到玻璃上的陶瓷涂料图案对应，布置在印花釉载体上。随后印花釉 印刷到热释放剂中间层的顶部。然后，印花釉在层压工作台转印到基 板表面上时，仅仅是沉积到热释放剂上的印花釉部分转印到基板上， 而剩余部分由于不能从印花釉载体热释放而保留在印花釉载体上。

应该理解，可在印花釉载体上提供任何热释放剂的图案。为获得 多孔陶瓷图象，应该提供热释放剂多孔层。这些印刷到热释放剂层中 的多孔区上的印花釉部分会保留到印花釉载体上，并且这样印花釉将 在层压工作台同时打孔和沉积到玻璃层上。为提供斑点阵列形式的陶 瓷图象，应该在印花釉载体上提供斑点阵列形式的热释放剂中间层， 这样只有在斑点阵列上的部分印花釉沉积。

该工艺方法的另一个特征是它允许加工弯曲装饰玻璃物品。印花 釉沉积和固定到平玻璃层基板上。平玻璃层在回火炉中重整成形，固 定到上面的陶瓷图象不会变形。按照这种方式，可以制造特殊形状的 回火和装饰玻璃层，例如办公室弯曲角部窗户玻璃或汽车弯曲挡风玻 璃。由于陶瓷图象沉积和固定到平板基板上，而在玻璃层形成要求形 状时没有图象变形，从而保证了图象的质量。