KR20150048450A - 유리기판 성형장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리기판 성형장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유리기판을 3차원 형상으로 성형 시 평면을 이루게 될 일 영역과 곡면을 갖게 될 가장자리 영역인 타 영역을 순차적으로 성형함으로써, 품질이나 외관 불량을 최소화하면서 유리기판을 성형할 수 있는 유리기판 성형장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 성형로; 상기 성형로 내부에 장착되어 있는 상부 금형; 및 일면에 형성되어 있는 성형부 상에 유리기판이 탑재되고, 상기 상부 금형에 의한 상기 유리기판 가압 시 상기 성형부의 형상을 따라 변형되는 상기 유리기판을 지지하는 하부 금형을 포함하되, 상기 상부 금형은 상기 유리기판의 일 영역과 타 영역을 순차적으로 가압하는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치를 제공한다.

Description

유리기판 성형장치{APPARATUS FOR FORMING GLASS SUBSTRATE}
본 발명은 유리기판 성형장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유리기판을 3차원 형상으로 성형 시 평면을 이루게 될 일 영역과 곡면을 갖게 될 가장자리 영역인 타 영역을 순차적으로 성형함으로써, 품질이나 외관 불량을 최소화하면서 유리기판을 성형할 수 있는 유리기판 성형장치에 관한 것이다.
IT 및 디스플레이용 3차원 형상의 유리 제품 성형을 위해, 현재 크게 세 가지 정도의 방법이 이용되고 있다. 하지만, 현재 이용되고 있는 각각의 방법들은 그 특징에 따른 제약 사항을 안고 있다.
예를 들어, 진공압을 이용한 3차원 형상 성형 방법은 진공압을 이용함으로 인해, 형상이 복잡하거나 형상 변화가 좁은 범위에서 급격하게 일어나는 제품 디자인은 그 형상을 구현하는데 한계가 있다. 또한, 상, 하 2개의 금형을 이용하는 성형 방법은 진공 성형 방법에 비해 다소 복잡한 형상의 구현이 가능하나, 상, 하 2개의 금형이 세트로 구성되어 있어, 금형 내부에 위치되는 유리기판의 온도를 성형 가능한 수준까지 올리는데 긴 사이클 타임(cycle time)이 필요하며, 특히, 비대칭적 형상 구조를 가지는 제품 디자인은 유리기판의 로딩 및 성형이 매우 어려워, 형상 구현이 어려운 한계가 있다. 그리고 프레스(press)를 이용한 성형 방법은 상기 2개의 성형 방법에 비해, 형상 구현이나 사이클 타임 측면에서 유리한 방법이나 성형 구간의 고온 환경 하에서 상, 하부 금형의 얼라인먼트(alignment)를 정교하게 유지하는데 한계가 있으며, 얼라인먼트가 조금이라도 벗어나게 되면, 제품 표면에 긁힘(scuff) 등의 불량이 유발되거나, 치수 품질 편차가 유발될 수 있다.
일본 공개특허공보 제1994-144845호(1994.05.24.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유리기판을 3차원 형상으로 성형 시 평면을 이루게 될 일 영역과 곡면을 갖게 될 가장자리 영역인 타 영역을 순차적으로 성형함으로써, 품질이나 외관 불량을 최소화하면서 유리기판을 성형할 수 있는 유리기판 성형장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 성형로; 상기 성형로 내부에 장착되어 있는 상부 금형; 및 일면에 형성되어 있는 성형부 상에 유리기판이 탑재되고, 상기 상부 금형에 의한 상기 유리기판 가압 시 상기 성형부의 형상을 따라 변형되는 상기 유리기판을 지지하는 하부 금형을 포함하되, 상기 상부 금형은 상기 유리기판의 일 영역과 타 영역을 순차적으로 가압하는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치를 제공한다.
여기서, 상기 상부 금형은, 상기 성형로 내부에 승강 가능하게 장착되어 있는 코어부, 및 상기 코어부의 측부에 승강 가능하게 연결되어 있는 사이드부를 포함하되, 상기 코어부는 하강 시 상기 유리기판의 일 영역을 가압하고, 상기 사이드부는 하강 시 상기 유리기판의 타 영역의 일부 또는 전부를 가압할 수 있다.
이때, 상기 유리기판의 일 영역은 성형 후, 평면을 이루는 영역이고, 상기 유리기판의 타 영역은 상기 일 영역의 가장자리 영역으로 성형 후, 곡면을 갖는 영역일 수 있다.
또한, 상기 사이드부는 상기 코어부가 상기 유리기판의 일 영역에 밀착된 후, 하강할 수 있다.
그리고 상기 사이드부는 상기 코어부의 측부에 밀착 또는 이격되어 있을 수 있다.
게다가, 상기 성형부는 음각 구조로 이루어지되, 적어도 한 벽면은 곡면으로 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 성형부는 상기 코어부 및 상기 사이드부의 하강 시 상기 코어부 및 상기 사이드부를 내측에 수용 가능한 크기의 홈으로 형성되어 있을 수 있다.
아울러, 상기 성형부는 양각 구조로 이루어지되, 적어도 한 벽면은 곡면으로 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 코어부는 상기 유리기판의 일 영역과 대응되는 면적으로 형성되어 있는 상기 성형부와 마주하게 배치되고, 상기 사이드부는 상기 유리기판의 타 영역과 마주하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 하부 금형은 상기 성형로 내부를 이동 가능하게 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 성형로 내부에는 상기 하부 금형을 이송시키는 컨베이어 벨트가 설치되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 성형 후 평면을 이루게 되는 유리기판의 일 영역을 가압하는 코어부와, 유리기판의 가장자리 영역으로 성형 후 곡면을 갖는 타 영역을 가압하는 사이드부로 분할된 구조를 갖는 상부 금형을 구비하여, 유리기판을 3차원 형상, 즉, 유리기판의 4변 중 적어도 한 변을 곡면으로 성형 시 일 영역과 타 영역을 순차적으로 성형함으로써, 품질이나 외관 불량을 최소화하면서 유리기판을 성형할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리기판 성형장치를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리기판 성형장치의 상, 하부 금형 동작을 단계별로 나타낸 개략적인 단면 모식도들.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유리기판 성형장치의 상, 하부 금형 동작을 단계별로 나타낸 개략적인 단면 모식도들.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유리기판 성형장치에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리기판 성형장치(100)는 유리기판(G)을 3차원 형상, 즉, 평판형인 유리기판(G)의 4변 중 어느 한 변 또는 그 이상의 변을 곡면으로 성형시키는 장치이다. 이러한 유리기판 성형장치(100)는 성형로(110), 상부 금형(120) 및 하부 금형(130)을 포함하여 형성된다.
성형로(110)는 성형될 유리기판(G)을 성형 가능 온도까지 가열하는 장치이다. 또한, 성형로(110)는 유리기판(G)의 성형 공정이 이루어지는 장소를 제공한다. 이에 따라, 성형로(110)의 일측과 타측에는 유리기판(G)의 인입 및 인출을 위한 인입구(미도시)와 인출구(미도시)가 각각 형성된다. 또한, 성형로(110) 내부에는 상부 금형(120) 및 하부 금형(130)이 배치된다. 이때, 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에서는 인-라인(in-line) 방식으로 유리기판(G)을 성형하므로, 성형로(110)의 바닥면에는 다수의 하부 금형(130) 이송을 위한 컨베이어 벨트(111)가 설치된다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 성형 공정은 로터리(rotary) 방식이나 배치(batch) 방식으로도 이루어질 수 있다.
또한, 성형로(110) 내부에는 컨베이어 벨트(111)를 타고 이송되는 하부 금형(130)에 탑재되어 있는 유리기판(G)을 성형 가능 온도로 가열하기 위한 발열체와 같은 가열장치(112)가 하부 금형(130)의 이송 방향을 따라 설치된다. 그리고 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에서는 상부 금형(120)만 성형로(110) 내부에 고정 설치되고, 하부 금형(130)은 컨베이어 벨트(111)를 타고 성형로(110) 내부를 이동 가능하게 형성된다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부 금형(120)은 성형로(110) 내부에 장착되어, 유리기판(G)을 탑재한 채 컨베이어 벨트(111)에 의해 이송되는 하부 금형(130)이 하측에 얼라인된 경우, 하부 금형(130)과 함께 평판형의 유리기판(G)을 3차원, 즉, 유리기판(G)의 4변 중 적어도 어느 하나의 변이 곡면을 이루도록 성형시킨다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부 금형(120)은 2개의 분할된 구조로 이루어진다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에서, 상부 금형(120)은 코어부(121) 및 사이드부(122)를 포함하여 형성된다.
여기서, 코어부(121)는 성형로(110) 내부에 승강 가능하게 장착되어 있다. 이에 따라, 하측에 하부 금형(130)이 얼라인된 경우, 하강하여 유리기판(G)의 일 영역, 즉, 성형 후 평면을 이루게 되는 유리기판(G)의 중심 영역을 가압한다. 그리고 성형 완료 후 성형로(110)의 천장 쪽으로 상승하여, 성형된 유리기판(G)이 탑재된 하부 금형(130)이 컨베이어 벨트(111)를 통해 성형로(110)의 인출구(미도시) 측으로 이송되도록 하고, 성형될 유리기판(G)이 탑재된 다른 하부 금형(130)이 컨베이어 벨트(111)를 통해 상부 금형(120) 하측에 얼라인되도록 한다.
또한, 사이드부(122)는 코어부(121)의 측부에 연결된다. 이에 따라, 사이드부(122)는 코어부(121)의 승강 운동에 종속되어 함께 승강된다. 하지만, 사이드부(122)는 코어부(121)의 측부에 자체적으로 승강 가능하게 연결된다. 이에 따라, 상부 금형(120)은 코어부(121)에 의한 1단계 승강과 사이드부(122)에 의한 2단계 승강으로 동작하게 된다. 이러한 사이드부(122)는 코어부(121)에 의해 가압되는 유리기판(G)의 중심 영역 이외의 타 영역 즉, 유리기판(G)의 가장자리 영역의 일부 또는 전부를 가압한다. 이때, 도시한 바와 같이, 사이드부(122)는 코어부(121)가 하강하여 유리기판(G)의 중심 영역에 밀착되고 이를 가압한 후, 하강하여 가장자리 영역을 가압한다. 즉, 평판형의 유리기판(G)은 사이드부(122)에 의해 4변 중 적어도 한 변이 곡면을 이루는 3차원 형상으로 성형된다.
여기서, 성형되는 유리기판(G)은 탄성 변형되므로, 코어부(121)와 사이드부(122)의 전체 가압 면적이 유리기판(G)과 같을 필요는 없다. 또한, 코어부(121) 및 사이드부(122)의 가압면의 형상이 성형될 유리기판(G)의 형상과 동일할 필요 또한 없다. 때문에, 사이드부(122)는 코어부(121)의 측부에 밀착되는 형태로 형성되거나 이격되는 형태로도 형성될 수 있고, 사이드부(122)의 가압면은 하기에서 설명될 하부 금형(130)의 성형부(131)의 벽면과 동일 곡률로만 형성되면 된다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하부 금형(130)은 유리기판(G)이 탑재되는 일면에 성형부(131)가 형성되어 있다. 이러한 하부 금형(130)은 상부 금형(120)에 의한 유리기판(G) 가압 시 성형부(131)의 형상을 따라 변형되는 유리기판(G)을 지지한다. 본 발명의 일 실시 예에서, 성형부(131)는 음각 구조로 이루어진다. 즉, 성형부(131)는 홈 형태로 형성되는데, 코어부(121) 및 사이드부(122) 하강 시 코어부(121) 및 사이드부(122)를 내측에 수용 가능한 크기의 홈으로 형성된다. 이때, 평판형의 유리기판(G)은 상부 금형(120)에 의해 가압되어, 하부 금형(130)의 성형부(131) 형상을 따라 변형되어, 3차원 형상을 갖게 되므로, 성형부(131)의 적어도 한 벽면은 곡면으로 형성되는데, 이 곡면의 곡률은 사이드부(122)의 가압면의 곡률과 동일할 수 있다.
여기서, 유리기판(G)의 2변에 곡면을 주고자 하는 경우, 사이드부(122)는 코어부(121) 양측에 2개 장착되고, 성형부(131)도 이와 대응되는 2개의 벽면이 곡면으로 형성된다. 즉, 사이드부(122)의 형성 개수 및 성형부(131)의 곡면 벽면 수는 곡면으로 형성하고자 하는 유리기판(G) 변의 수에 따라 결정된다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리기판 성형장치의 작용에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 성형부(131) 상에 유리기판(G)을 탑재한 하부 금형(130)이 성형로(110)의 인입구(미도시)를 통해 성형로(110) 내부로 인입되면, 컨베이어 벨트(111)가 작동되어 하부 금형(130)을 상부 금형(120)이 설치되어 있는 쪽으로 이송시킨다. 이때, 가열장치(112)는 하부 금형(130)에 탑재된 유리기판(G)이 상부 금형(120)에 도달되기 전까지 유리기판(G)을 성형 가능 온도로 가열한다. 그 다음, 하부 금형(130)이 상부 금형(120) 하측에 위치되면, 컨베이어 벨트(111)는 작동을 멈추고, 하부 금형(130)이 상부 금형(120) 하측에 얼라인되도록 한다. 그 다음 유리기판(G)을 성형하기 위해, 상부 금형(120)의 코어부(121)가 하강하여 유리기판(G)의 중심 영역을 가압한다. 그 다음, 상부 금형(120)의 사이드부(122)가 하강하여 성형부(131)의 형상을 따라 유리기판(G)의 가장자리 영역이 변형되도록 유리기판(G)의 가장자리 영역을 가압한다.
이와 같이, 영역별 순차적인 가압 방식으로 이루어지는 유리기판(G)에 대한 성형 완료 후, 상부 금형(120)과 하부 금형(130)이 서로 이격되도록, 하강 반대 순으로, 사이드부(122)가 상승한 다음 코어부(121)가 상승한다. 그 다음, 다시 컨베이어 벨트(111)가 작동하여 성형 완료된 유리기판(G)을 탑재한 하부 금형(130)을 성형로(110)의 인출구(미도시) 측으로 이동시키고, 성형될 유리기판(G)을 탑재한 다른 하부 금형(130)을 상부 금형(120) 하측에 위치시킨다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리기판 성형장치(100)는 인-라인 방식으로 다수의 유리기판(G)을 연속적으로 3차원 형상으로 성형한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리기판 성형장치(100)는 성형 후 평면을 이루게 되는 유리기판(G)의 일 영역을 가압하는 코어부(121)와, 유리기판(G)의 가장자리 영역으로 성형 후 곡면을 갖는 타 영역을 가압하는 사이드부(122)로 분할된 구조를 갖는 상부 금형(120)을 구비한다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리기판 성형장치(100)는 유리기판(G)의 일 영역인 중심 영역과 가장자리 영역을 순차적으로 가압, 성형함으로써, 품질이나 외관 불량을 최소화하면서 유리기판(G)을 3차원 형상으로 성형할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유리기판 성형장치에 대하여 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유리기판 성형장치의 상, 하부 금형 동작을 단계별로 나타낸 개략적인 단면 모식도들이다.
도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유리기판 성형장치는 성형로(도 1의 110), 상부 금형(220) 및 하부 금형(230)을 포함하여 형성된다.
본 발명의 다른 실시 예는 본 발명의 일 실시 예와 비교하여 상부 금형 및 하부 금형의 구조에만 차이가 있을 뿐이므로, 다른 구성요소들은 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 하부 금형(230)의 성형부(231)는 양각 구조로 이루어지고, 유리기판(G)을 3차원 형상으로 형성하기 위해, 성형부(231)의 적어도 한 벽면은 곡면으로 형성된다. 이때, 성형부(231)는 성형 후 평면을 이루는 유리기판(G)의 일 영역과 대응되는 면적으로 형성된다. 이에 따라, 상부 금형(220)의 코어부(221)는 유리기판(G)의 일 영역과 대응되는 면적으로 형성되어 있는 성형부(231)와 마주하게 배치된다. 즉, 코어부(221)는 성형부(231)와 대응되는 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 상부 금형(220)의 사이드부(222)는 성형부(231)에 의해 지지되지 않는 유리기판(G)의 타 영역인 가장자리 영역과 상, 하로 마주하게 배치된다.
이와 같은 구조로 이루어진 상부 금형(220) 및 하부 금형(230)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부 금형(도 2의 120) 및 하부 금형(도 2의 130)의 순차적 성형과 마찬가지로, 상부 금형(220)의 코어부(221)가 하강하여 유리기판(G)의 일 영역을 가압하고, 그 다음, 코어부(221)의 측부에 승강 가능하게 연결되어 있는 사이드부(222)가 하강하여, 유리기판(G)의 타 영역을 아래로 밀어줌으로써, 유리기판(G)의 타 영역을 성형부(231)의 곡면을 이루는 벽면 형상을 따라 변형시킨다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 유리기판 성형장치는 성형 시 유리기판(G)의 타 영역인 가장자리 영역이 상부 금형(220) 및 하부 금형(230)과 직접 닿는 것을 최소화시켜, 상부 금형(220)과 하부 금형(230)의 얼라인 오프셋(align offset)이 발생하더라도 긁힘, 치수 편차 등과 같은 문제를 야기하지 않는다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 유리기판 성형장치 110: 성형로
111: 컨베이어 벨트 112: 가열장치
120, 220: 상부 금형 121, 221: 코어부
122, 222: 사이드부 130, 230: 하부 금형
131, 231: 성형부
G: 유리기판

Claims (11)

  1. 성형로;
    상기 성형로 내부에 장착되어 있는 상부 금형; 및
    일면에 형성되어 있는 성형부 상에 유리기판이 탑재되고, 상기 상부 금형에 의한 상기 유리기판 가압 시 상기 성형부의 형상을 따라 변형되는 상기 유리기판을 지지하는 하부 금형;
    을 포함하되,
    상기 상부 금형은 상기 유리기판의 일 영역과 타 영역을 순차적으로 가압하는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 금형은,
    상기 성형로 내부에 승강 가능하게 장착되어 있는 코어부, 및
    상기 코어부의 측부에 승강 가능하게 연결되어 있는 사이드부를 포함하되,
    상기 코어부는 하강 시 상기 유리기판의 일 영역을 가압하고,
    상기 사이드부는 하강 시 상기 유리기판의 타 영역의 일부 또는 전부를 가압하는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유리기판의 일 영역은 성형 후, 평면을 이루는 영역이고, 상기 유리기판의 타 영역은 상기 일 영역의 가장자리 영역으로 성형 후, 곡면을 갖는 영역인 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 사이드부는 상기 코어부가 상기 유리기판의 일 영역에 밀착된 후, 하강하는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사이드부는 상기 코어부의 측부에 밀착 또는 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 성형부는 음각 구조로 이루어지되, 적어도 한 벽면은 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 성형부는 상기 코어부 및 상기 사이드부의 하강 시 상기 코어부 및 상기 사이드부를 내측에 수용 가능한 크기의 홈으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 성형부는 양각 구조로 이루어지되, 적어도 한 벽면은 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코어부는 상기 유리기판의 일 영역과 대응되는 면적으로 형성되어 있는 상기 성형부와 마주하게 배치되고, 상기 사이드부는 상기 유리기판의 타 영역과 마주하게 배치되는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하부 금형은 상기 성형로 내부를 이동 가능하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 성형로 내부에는 상기 하부 금형을 이송시키는 컨베이어 벨트가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유리기판 성형장치.
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