KR101831844B1 - 곡면 글라스 제조방법 - Google Patents

Abstract

가공할 글라스 소재를 소프트닝 온도 이상으로 직접 가열하는 제1단계와, 글라스 소재를 성형 가공할 성형 금형을 소프트닝 온도 이하의 온도로 예열하는 제2단계와, 제1단계에서 가열된 글라스 소재를 제2단계에서 예열된 성형 금형에 장착하여 원하는 형상으로 성형하면서 서냉하는 제3단계 및 제3단계를 거친 글라스 소재를 스트레인 포인트 이하의 온도로 냉각하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 글라스 제조방법이 개시된다.

Description

곡면 글라스 제조방법{AN METHOD FOR MANUFACTURING CURVED GLASS}

본 발명은 곡면 글라스 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대용 전자기기의 커버글라스를 곡면으로 성형 가공하여 제조하는 곡면 글라스 제조방법에 관한 것이다.

스마트폰, 태블릿 PC와 같은 휴대단말기는 그 전면에 윈도우글라스가 장착된다.

이러한 윈도우글라스는 종래에는 평판형태로 제공되었으나, 최근에는 통화시에 사용자 얼굴에 보다 안정감 있게 밀착될 수 있도록 하기 위해 곡면부를 갖는 윈도우글라스가 제공되어 있으며, 그 채용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

이러한 곡면형 글라스의 경우에는 전체적으로 좌우 폭방향으로 유선형으로 형성된 글라스가 사용되고 있으며, 최근에는 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙부분은 평판 형이고, 양쪽 테두리부분만 곤면을 갖도록 형성된 곡면 글라스의 채용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

이와 같이, 양쪽 테두리에 곡면을 갖는 소위 3D 곡면 글라스를 성형하기 위해서는, 종래에는 절삭 장비를 이용하여 소재의 표면을 곡면으로 절삭 가공하여 제조하였다. 그런데 이 경우에는 가공시간이 오래 걸리고, 글라스의 가공면이 거칠어져 품질이 저하되는 문제점이 있었으며, 소재의 낭비가 심하여 비용 상승의 원인이 되었다.

이러한 점을 감안하여, 최근에는 금형장비를 이용하여 평판형 글라스 소재를 가열 및 냉각하는 방법으로 곡면 글라스로 성형하는 방법이 사용되고 있다.

일예로서, 대한민국 등록특허 제10-1121449호에는 금형을 이용하여 곡면 글라스를 제조하는 장치가 기재되어 있다. 상기 종래의 곡면 글라스 제조장치에 의하면, 소재를 예열 챔버 내에 설치된 소위 예열수단(예열하부 및 상부히터)을 이용하여 복수 단계에 걸쳐서 점차적으로 예열하고, 복수 단계에 걸쳐서 예열된 소재를 고온 상태로 가열 유지되는 성형수단(가열된 상부 및 하부금형)을 이용하여 복수단계에 걸쳐서 가열 및 성형하여 곡면을 가공하고, 곡면 가공된 소재를 서냉수단 및 냉각수단을 이용하여 단계적으로 냉각하여 곡면 글라스를 제고하게 된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 곡면 글라스 성형방법에 의하면, 금형자체를 성형에 필요한 고온의 상태를 유지하도록 가열하면서 성형하게 되므로, 금형을 고온으로 가열하고, 냉각하는데 많은 시간이 소요된다. 즉, 금형 자체를 가열하는 방식이므로, 고온의 상태에서 성형된 소재와 금형과의 이형성을 감안하여 금속재질의 금형을 사용할 수 없으므로, 가열 및 냉각에 오랜 시간이 소요되는 흑연재질의 금형을 사용해야 하므로, 상기와 같은 문제점이 발생된다.

그리고 금형 자체를 고온으로 가열하여야 하므로, 금형 자체의 내구성이 약화되어 오랜 시간 사용하는데 한계가 있으므로, 금형을 주기적으로 교체 및 관리해주어야 하므로 그에 따른 비용증대 및 생산성을 저하가 발생하는 단점이 있다.

또한, 복수 단계에 걸쳐서 예열하기 위한 예열수단과, 복수 단계에 걸쳐서 가열성형하기 위한 성형수단과, 서냉수단 및 냉각수단을 공정별로 구비해야 하므로, 전체적인 성형설비가 대형화되고 복잡하게 되어 설치비용이 증가하고, 유지관리 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 가공공정이 복잡하고 오래 걸리게 되어 그로 인해 성형 가공 프로세스별로 관리해야 할 관리포인트(단계별 예열온도, 단계별 가열온도, 서냉온도 및 냉각온도 등)가 많아지게 되므로 불량제품이 발생할 리스크가 높은 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1121449호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 공정을 단순화하면서도 비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있도록 개선된 곡면 글라스 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 곡면 글라스 제조방법은, 가공할 글라스 소재를 소프트닝 포인트 온도 이상으로 직접 가열하는 제1단계; 상기 글라스 소재를 성형 가공할 성형 금형을 상기 소프트닝 포인트 온도 이하의 온도로 예열하는 제2단계; 상기 제1단계에서 가열된 글라스 소재를 상기 제2단계에서 예열된 성형 금형에 장착하여 원하는 형상으로 성형하면서 서냉하는 제3단계; 및 상기 제3단계를 거친 글라스 소재를 스트레인 포인트 이하의 온도로 냉각하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이로써, 곡면 글라스 가공공정을 단순화하고, 단축시킬 수 있다.

여기서, 상기 성형 금형은 금속 재질로 형성된 것이 바람직하다.

이로써, 가공하는 대상물 즉, 글라스 소재의 평탄도를 향상시킬 수 있으며, 글라스 소재의 오염을 방지할 수 있고, 성형 금형의 가열 및 냉각시간을 단축할 수 있다.

또한, 상기 제3단계에서는 성형된 글라스 소재를 스트레인 포인트 이하의 온도까지 서냉시키는 것이 좋다.

이로서, 성형 및 서냉공정을 동시에 진행하여 성형된 곡면 글라스를 냉각위치로 이동시 변형을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제1단계 및 제2단계는 동시에 진행되는 것이 좋다.

이로써, 가공 시간을 단축할 수 있다.

또한, 상기 제1단계에서 소프트닝 포인트 이상의 온도로 가열된 글라스 소재를 상기 제3단계를 위해서 이동시, 상기 글라스 소재를 이송하는 픽업유닛의 상기 글라스 소재와 접하는 부분을 상기 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.

이로써, 성형위치로 이동하는 동안에 글라스 소재의 온도가 낮아지는 것을 방지하여, 성형공정이 효과적으로 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명의 곡면 글라스 제조방법에 의하면, 곡면 가공할 글라스 소재를 미리 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열한 상태에서 성형 금형을

이용하여 성형 및 서냉공정을 동시에 수행할 수 있다.

이때 성형 금형을 고온으로 가열할 필요가 없으므로, 금형의 수명을 연장할 수 있으며, 가열된 글라스 소재와의 온도차가 발생되므로 이형성을 향상시킬 수 있다. 따라서 이형성의 문제를 해결하여 금속 재질의 성형 금형을 사용할 수 있으므로, 평탄도를 향상시킬 수 있고, 가공 대상물의 오염을 방지할 수 있다.

또한, 금속 재질의 성형 금형을 사용하게 되므로, 성형 금형의 가열시간과 냉각시간을 단축할 수 있게 되어 공정시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.

이로써, 전체적인 가공 설비의 소형화 및 단순화가 가능하게 되어 비용을 절감할 수 있으며, 다양한 형태의 공정 배열 구성이 가능하게 된다.

또한, 가공 공정이 단순해지고 시간을 단축할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있으며 제조 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.

도 1은 성형된 3D 곡면 글라스를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 글라스 제조방법을 나타내 보인 흐름도이다.
도 3 내지 도 6 각각은 본 발명의 실시예에 따른 곡면 글라스 제조방법을 단계별로 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 곡면 글라스 제조방법을 자세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 곡면 글라스 제조방법은, 글라스 소재(10)를 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열하는 제1단계(S10), 성형 금형(100)을 소프트닝 포인트 온도 이하의 온도로 예열하는 제2단계(S20), 상기 제1단계(S10)에서 가열된 글라스 소재(10)를 상기 성형 금형(100)을 이용하여 성형하는 동시에 서냉하는 제3단계(S30) 및 상기 제3단계(S30)에서 서냉된 글라스 소재(10)를 냉각하는 제4단계(S40)를 구비한다.

상기 제1단계(S10)에서는 글라스 소재(10)를 소위 로드락(Load-Lock:20)을 이용하여 소프트닝 포인트 온도 이상 즉, 대략 700 내지 900℃ 이상으로 직접 가열한다.

즉, 로드락(20) 내에서 글라스 소재(10)를 소정의 거치대(21)에 거치한 상태에서 가열히터(23,24)를 이용하여 글라스 소재(10)를 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열할 수 있다. 이때 글라스 소재(10)를 직접 가열하기 위한 가열히터(23,24)의 구성은 다양한 예가 가능할 수 있으며, 열손실을 방지할 수 있도록 밀폐된 공간(챔버)에서 가열공정이 이루어지는 것이 좋다.

또한, 상기 제1단계(S10)가 이루어지는 동안에, 글라스 소재의 곡면 성형을 위한 성형 금형(100)을 미리 초기 예열시킨다.

즉, 제2단계(S20)에서는 글라스 소재(Glass)의 물성에 따라서 상기 성형 금형(100)을 소프트닝 포인트 이하의 온도로 가열하거나 또는 저온(200℃ 이내)으로 예열을 하여 글라스(Glass)의 급작스런 온도 변화에 따른 스트레스로 인한 파손을 막는다.

이러한 성형 금형(100)의 예열동작은 상기 글라스 소재(10)를 가열한 공간에서 이루어질 수도 있고, 별도의 가공 공간에서 이루어질 수도 있다.

그리고 상기와 같이 제1 및 제2단계(S10)(S20)가 완료되면, 소정의 이송수단을 이용하여 소프트닝 포인트 이상의 온도로 가열된 글라스 소재(10)를 미리 예열된 성형 금형(100)에 장착하여 글라스 소재(10)의 특정 부분을 곡면으로 성형하면서 서냉시킨다. 즉, 상기 제3단계(S30)에서는 이미 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열된 글라스 소재(10)를 예열된 성형 금형(100)에 장착하고 성형작업을 하면, 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열된 상태의 글라스 소재는 성형 금형(100)의 작동 압력에 의해 원하는 부분(양측 테두리부분 또는 전면)이 곡면으로 성형될 수 있다. 이와 같이 글라스 소재(10)를 곡면 성형하는 동안에, 곡면 가공된 글라스 소재(10)는 소프트닝 포인트 온도 이하의 성형 금형(100)에 의해 서냉공정이 이루어지게 된다. 따라서 종래와 같이 성형공정 후에 별도의 냉각공정을 거쳐서 서냉공정을 수행할 필요 없이, 성형 공정과 서냉공정이 동시에 이루어진다. 따라서 종래와 같이 성형 공정과 서냉공정을 별도로 수행할 때보다 가공공정이 단순화되고, 가공시간을 단축할 수 있게 되어 가공비용을 절감할 수 있음은 물론, 수율을 향상시킬 수 있다.

특히, 종래와 같이 성형 금형(100) 자체를 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열하면서 글라스 소재(10)를 가열하지 않아도 되므로, 성형 금형(100)을 가열하는데 필요한 시간을 단축할 수 있다. 또한, 성형 금형(100)을 고온으로 가열하지 않아도 되므로, 성형 금형(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래에는 성형공정시 성형 금형을 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열하여 글라스 소재(10)를 소프트닝 포인트 온도 이상이 되도록 하여 성형함에 따라서, 성형 후에 글라스 소재(10)와 성형 금형의 이형성이 저하되는 점을 감안하여 가열과 냉각에 오랜 시간이 걸리는 단점을 갖는 흑연 재질의 금형을 사용하였으나, 본 발명과 같이 성형 금형(100)의 온도를 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열할 필요가 없고, 글라스 소재(10)와 성형 금형(100)의 온도차가 발생된 상태에서 성형 및 서냉동작이 이루어지므로, 성형 후에 글라스 소재(10)와 성형 금형(100) 간의 이형성이 향상된다. 따라서 굳이 이형성을 고려하여 흑연재질의 성형 금형(100)을 사용하지 않아도 되며, 흑연 재질에 비하여 많은 이점을 갖는 금속 재질의 성형 금형(100)을 사용하여 글라스 소재의 곡면 가공을 수행할 수 있게 된다. 즉, 금속 재질의 성형 금형(100)을 이용하여 글라스 소재(10)를 곡면 가공할 경우, 스틸 재질의 성형 금형(100)을 가열 및 냉각하는데 필요한 시간을 단축할 수 있게 되어 생산 수율을 향상시킬 수 있고, 글라스 소재의 전이를 최소화하여 글라스 소재의 품질을 향상시킬 수 있음은 물론, 성형 금형의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한 금속 재질의 성형 금형(100)을 사용하게 되면, 거칠기를 최소화할 수 있고 평탄도를 높일 수 있으므로, 가공되는 글라스 소재의 표면 거칠기를 낮출 수 있어 제품의 후속 가공 공정(연마 가공 등)을 단순화할 수 있는 이점이 있다. 즉, 성형 금형(100)의 이형성을 증대하여 글라스 소재 표면의 평탄성을 향상시킬 수 있고, 전이 등에 의한 오염도를 낮출 수 있는 이점이 있다.

또한, 성형 및 서냉공정을 동시에 수행함에 있어서, 성형이 이루어진 후에 설정된 온도 이하까지 온도를 낮추어서 서냉을 하게 되는데, 바람직하게는 스트레인 포인트까지 온도를 낮추면서 서냉공정을 수행함으로써, 글라스 소재(10)의 성형이 완전하게 이루어지도록 할 수 있다. 이때, 상대적으로 고온인 글라스 소재에 비하여 낮은 온도의 성형 금형(100)을 이용하여 서냉을 하게 되므로, 서냉 시간을 단축할 수 있으며, 흑연 재질이 아닌 스틸재질의 성형 금형을 사용할 수 있으므로, 서냉 시간을 단축할 수 있다.

여기서, 성형 및 서냉공정시 글라스 소재(10)의 온도가 스트레인 포인트(450℃~500℃) 이하가 될 때까지 진행하는 것이 바람직하다. 따라서 서냉공정 후에 곡면 가공된 곡면 글라스(10')를 냉각공정을 위해 이동시키더라도 가공된 형상 그대로 유지될 수 있다.

또한, 상기 성형 금형(100)의 일예로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 금형(110)과, 상부 금형(120)을 구비할 수 있다. 하부 금형(110)에는 글라스 소재(10)가 안착되는 안착부(111)와, 안착부(111)와 연결되어 글라스 소재(10)를 곡면가공하기 위해 곡면 형상을 가지는 곡면 가공부(113)를 구비된다.

상부 금형(120)은 안착부(111)에 대응되는 가압부(121)가 구비된다. 가압부(121)에는 상기 곡면 가공부(113)에 대응되는 곡면을 갖는 곡면 돌출부(123)가 형성된다. 따라서 안착부(111)에 글라스 소재(10)를 놓은 상태에서, 하부 및 상부 금형(110,120)을 서로 밀착시켜 글라스 소재(10)를 가압하면, 도 4와 같이, 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열된 글라스 소재(10)는 하부 및 상부 금형(110,120)의 금형 형상에 의해 원하는 형상으로 곡면 성형될 수 있다. 여기서, 상기 하부 금형(110)과 상부 금형(120) 각각에는 하부히터(130)와 상부히터(140)가 설치되어 하부 금형(110)과 상부 금형(120) 각각을 가열할 수 있다. 이러한 성형 금형(100)은 밀폐된 챔버(20) 내부에 설치되어 외부와 차단됨으로써, 열손실을 줄일 수 있다.

상기와 같이, 성형 및 서냉공정을 거쳐 곡면 가공된 소위 곡면 글라스(10')는 별도의 냉각공간(구역)으로 이동시켜서 상기 제4단계(S40)의 냉각공정을 거쳐서 성형 공정을 마무리할 수 있다. 여기서, 상기 제4단계(S40) 즉, 냉각공정은 상기 제3단계(S30)를 수행한 동일한 공간에서 수행할 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 별도의 냉각공간(40)을 마련하여 냉각공정을 수행할 수 있다.

따라서 본 발명의 의하면, 글라스 소재를 곡면 가공하는데 필요한 공간을 최소한으로 마련하면 되므로, 설비의 간소화와 함께 다양한 형태의 설비 구성이 가능하도록 할 수 있고, 그 전체 공정을 단순화 할 수 있는 이점이 있다.

여기서, 상기 냉각공간(40)은 별도의 챔버로 구성될 수 있으며, 그 챔버에는 냉각용 지그(41)가 설치되고, 냉각용 지그(41)로 냉각유체를 순환시키기 위한 냉각수단(43)이 마련되어 냉각용 지그(41)를 냉각함으로서 곡면 글라스(10')를 효과적으로 냉각할 수 있다.

또한, 냉각구역(40)는 이동된 곡면 글라스(10')를 풍냉 시키기 위한 냉각팬(45)이 설치될 수 있다.

또한 더욱 바람직하게는 상기 제1단계(S10)에서 소프트닝 포인트 온도 이상으로 가열된 글라스 소재(10)를 이송수단(픽업유닛)을 이용하여 상기 제3단계(S30)를 위한 위치 즉, 성형 금형(100)으로 이송시킬 때, 상기 픽업유닛의 글라스 소재(10)에 접촉부분(픽업부분)에 히터를 설치하여, 소프트닝 포인트 온도 이상으로 픽업유닛을 가열하면서 글라스 소재(10)를 픽업하여 이송시키는 것이 좋다(S50). 이와 같이, 상기 단계(S50)에서 글라스 소재(10)를 이송하는 동안에도 가열을 함으로써, 소프트닝 포인트 온도 이상으로 유지될 수 있으며, 소프트닝 포인트 온도 이상으로 유지된 상태로 성형 금형(100)으로 이송된 뒤, 성형 및 서냉공정을 효과적으로 수행할 수 있게 된다. 여기서, 글라스 소재(10)를 이송하기 위한 이송수단 픽업유닛 등은 다양한 예가 가능하며, 단지 글라스 소재(10)를 클램핑 하거나 흡착 내지 지지하는 접촉부분에 히터를 설치하여 가열함으로써, 이송을 위해 접촉 지지하는 글라스 소재(10)의 열손실을 방지할 수 있다. 따라서 소프트닝 포인트 온도 이상으로 미리 가열된 글라스 소재(10)를 성형위치로 이동 후에도 소프트닝 포인트 온도 이상으로 유지될 수 있으므로, 성형공정이 정상적으로 이루어지도록 할 수 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10..글라스 소재 10'..곡면 글라스
100..성형 금형 110..하부 금형
120..상부 금형 130..하부 히터
140..상부 히터

Claims (5)

1. 가공할 글라스 소재를 소프트닝 온도 이상으로 직접 가열하는 제1단계;
   상기 글라스 소재를 성형 가공하기 위해 금속 재질로 형성된 성형 금형을 상기 소프트닝 온도 이하로 예열하는 제2단계;
   상기 제1단계에서 가열된 글라스 소재를 상기 제2단계에서 예열된 성형 금형에 장착하여 원하는 형상으로 성형하면서 서냉하되, 상기 글라스 소재를 스트레인 온도 이하까지 서냉시키는 제3단계;
   상기 제3단계를 거친 글라스 소재를 스트레인 온도 이하로 냉각하는 제4단계; 및
   상기 제1단계에서 소프트닝 온도 이상으로 가열된 글라스 소재를 상기 제3단계를 위해서 이동시, 상기 글라스 소재를 이송하는 픽업유닛의 상기 글라스 소재를 접하는 부분을 상기 소프트닝 온도 이상으로 가열하는 단계;를 포함하여,
   상기 성형 금형을 상기 글라스 소재보다 낮은 온도로 유지하여 온도차가 발생하도록 하여, 상기 글라스 소재와 상기 성형 금형의 이형성을 향상시켜, 상기 성형 금형을 금속재질로 사용 가능한 것을 특징으로 하는 곡면 글라스 제조방법.
   
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