KR101638204B1 - 성형 유리 제품의 제조 방법 - Google Patents

성형 유리 제품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

성형 유리 제품의 제조방법에 있어서, 유리 시트는 성형 유리 제품의 원하는 표면 프로파일을 갖는 성형 표면이 구비된 몰드 상에 위치한다. 상기 유리 시트는 몰드 근처에 있는 동안 복사에 의하여 우선적으로, 그리고 급격히 가열되어 가열 동안 상기 몰드가 상기 유리 시트보다 실질적으로 낮은 온도로 있게 된다. 상기 유리 시트는 몰드의 성형 표면 상으로 새깅되어 상기 상기된 시트의 적어도 일 부분이 상기 성형 유리 제품의 원하는 표면 프로파일을 나타낸다. 새깅 및 성형 후, 상기 새깅되고 성형된 유리 시트는 몰드로부터 제거된다.

Description

성형 유리 제품의 제조 방법{Method of Making Shaped Glass Articles}
본 출원은 2008. 7. 2.자로 제출된 미국 가출원 번호 제61/077597호의 이익을 주장한다.
본 발명은 성형 유리 제품의 제조방법에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "성형 유리 제품"은 비평면, 개방 표면(non-planar, open surface)에 의하여 경계가 정하여지는 유리 제품을 가리킨다. "개방(open)"은 유리 제품의 경계면(bounding surface)이 폐쇄 부피(closed volume)의 경계를 정하지 않는 것을 의미한다.
몰딩은 성형 제품을 제조하는데 사용되는 통상적인 기술이다. 성형 유리 제품은 프레스-몰딩과 같은 기술을 이용하여 제조되어 왔다. 일 예로서, 프레스-몰딩은 용융 유리의 덩어리(gob)를 전단 변형(shearing)하는 단계 및 몰드 내에서 원하는 형상으로 상기 유리 덩어리를 프레싱하는 단계를 수반한다. 몰드 내에 있는 동안, 용융 유리는 외부 공기에 노출된다. 용융 유리가 복잡한 곡률(curvature)을 갖는 얇은 벽 유리 제품을 제조하기 위하여 얇게 스프레딩되어야 하는 경우, 원하는 최종 형상에 도달하기 전에 용융 유리는 냉각되거나 냉각된 막(skin)을 형성할 수 있다. 상술한 프레스-몰딩 공정으부터 성형된 유리 제품은 또한 낮은 표면 품질 및 전체적으로 낮은 치수 정확성으로 인하여 가위 자국(shear marking), 뒤틀림(warping), 광학적 왜곡 현상 중 하나 또는 그 이상을 나타낼 수 있다.
본 발명에서는 성형 유리 제품의 제조방법을 제공하고자 한다.
제1 면에 있어서, 성형 유리 제품의 제조 방법은 원하는 성형 유리 제품의 표면 프로파일을 갖는 성형 표면이 구비된 몰드 상에 유리 시트를 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 유리 시트는 유리 시트가 몰드 근처(vicinity)에 있는 동안 복사(radiation)에 의하여 우선적으로(preferentially), 그리고 급격히 가열되어 상기 몰드는 가열 동안 유리 시트보다 실질적으로 온도가 낮게 된다. 유리 시트의 적어도 일 부분이 성형 표면 프로파일을 나타내도록, 상기 유리 시트는 몰드의 성형 표면 상으로 새깅된다(sagged). 새깅(sagging) 및 성형 후, 상기 새깅되고 성형된 유리 시트는 몰드로부터 제거된다.
제1 면의 방법에 있어서, 유리 시트는 유리 시트의 연화점(softening point) 미만의 온도로 가열될 수 있다. 택일적으로, 유리 시트는 상기 유리 시트의 연화점(softening point)과 어닐링점(annealing point) 사이의 온도로 가열될 수 있다.
제1 면의 방법에 있어서, 성형 표면 상으로 유리가 새깅(sagging)되는 동안 유리 시트와 성형 표면 사이에 진공이 가해질 수 있다. 선택적으로, 유리 시트와 성형 표면 사이에 진공을 가하기에 앞서 중력에 의하여 성형 표면 방향으로 새깅되도록 할 수 있다. 선택적으로, 유리 시트가 중력에 의하여 성형 표면 방향으로 새깅되기 전에 유리 표면과 성형 표면 사이에 진공을 가할 수 있다.
제1 면의 방법에 있어서, 몰드로부터 새깅된 유리 시트를 제거하기에 앞서, 새깅된 시트는 몰드 내에서 냉각될 수 있다. 선택적으로, 새깅된 유리 시트는 어닐링될 수 있다. 선택적으로, 새깅된 유리 시트는 선택된 사이즈로 성형 유리 제품을 얻기 위하여 절단될 수 있다. 선택적으로, 성형 유리 제품의 절단 에지(cut edge)는 마감 처리될 수 있다. 선택적으로, 성형 유리 제품은 이온 교환에 의하여 화학적으로 강화될 수 있다. 선택적으로, 성형 유리 제품 상에 방오 코팅(anti-smudge)이 도포될 수 있다.
제1 면의 방법에 있어서, 유리 시트를 몰드 상에 위치시키기에 앞서, 유리 시트는 선택된 사이즈로 성형 유리 제품을 성형하는데 필요한 실 형상(net shape)으로 절단될 수 있다.
제1 면의 방법에 있어서, 유리 시트는 복수의 몰드에 위치하고, 상기 복수의 몰드 근처에 있는 동안 복사에 의하여 우선적으로 그리고 급격히 가열되며, 그리고 몰드의 성형 표면 상으로 새깅될 수 있다. 선택적으로, 새깅된 유리 시트는 복수의 성형 유리 제품을 얻기 위하여 다이싱(dicing)될 수 있다. 선택적으로, 성형 유리 제품은 이온 교환에 의하여 화학적으로 강화될 수 있다. 선택적으로, 상기 성형 유리 제품 상에 방오 코팅이 도포될 수 있다.
제2 면에 있어서, 성형 유리 제품을 제품을 제조하는 방법은 프리 새그(free-sag) 몰드 상에 유리 시트를 위치시키는 단계를 포함한다. 유리 시트는 상기 프리-새그 몰드의 근처(vicinity)에서 가열된다. 상기 유리 시트는 성형 제품의 원하는 표면 프로파일을 갖는 성형 표면이 구비된 플런저(plunger)로 프레싱되어, 상기 프레싱된 유리 시트의 적어도 일 부분이 원하는 표면 프로파일을 나타낸다.
제2 면의 방법에 있어서, 유리 시트는 프리-새그 몰드 상에 유리 시트를 위치시키기에 앞서, 선택된 사이즈로 성형 유리 제품을 성형하는데 필요한 실 형상(net shape)으로 절단될 수 있다.
제2 면의 방법에 있어서, 프레싱된 유리 시트는 어닐링될 수 있다.
제2 면에 있어서, 프레싱된 유리 시트는 선택된 사이즈로 성형 유리 제품을 얻기 위하여 절단될 수 있다. 선택적으로, 성형 유리 제품의 절단 에지는 마감 처리될 수 있다.
제3 면에 있어서, 성형 유리 제품의 제조 방법은 프리-새그 몰드 상에 유리 시트를 위치시키는 단계 및 상기 프리-새그 몰드 근처에서 유리 시트를 가열하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 유리 시트가 중력에 의하여 자연적으로 새깅되도록 하여 3차원적 곡률(curvature)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 3차원적 곡률을 갖는 유리 시트의 표면을 마감 처리하여 상기 성형 유리 제품을 성형하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 면 및 모드는 하기의 상세한 설명 및 첨부된 청구항으로부터 명백할 것이다.
이하에서 기술하는 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 구체예를 설명하는 것으로, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 고려되지 않는 바, 이는 본 발명이 다른 동등한 구체예를 허용할 수 있기 때문이다. 도면은 반드시 비율에 따른 것이 아니며, 도면의 특정 특징 및 특정 면은 명료하고 간결하도록 비율 또는 도시에 있어서 과장되게 나타날 수 있다.
도 1은 성형 유리 제품을 제조하는 방법의 순서도이다.
도 2A는 성형 표면을 구비한 새그 몰드의 사시도이다.
도 2B는 도 2A에 도시된 새그 몰드의 선 2B-2B에 따른 단면도이다.
도 2C는 도 2B에 도시된 새그 몰드의 변형예이다.
도 2D는 도 2B에 도시된 새그 몰드의 또 다른 변형예이다.
도 3은 유리 시트가 성형 표면이 구비된 새그 몰드 상에 위치하는 것을 도시하는 도면이다.
도 4는 유리 시트가 성형 표면이 구비된 새그 몰드 상으로 인발(pulling)되는 인라인(inline) 배열을 도시하는 도면이다.
도 5는 유리 시트가 가열 공간 또는 로(furnace) 내에서 새그 몰드 상에 위치하는 것을 도시하는 도면이다.
도 6은 유리가 새그 몰드의 성형 표면 상에 새깅된 것을 도시하는 도면이다.
도 7은 복수의 성형 유리 제품의 제조 방법에 있어서, 유리 시트가 복수의 몰드 상에 위치하는 것을 도시하는 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 성형 유리 제품의 제조 방법에 대한 변형예의 순서도이다.
도 9는 성형 표면이 구비된 또 다른 새그 몰드의 사시도이다.
도 10은 도 1에 도시된 성형 유리 제품의 제조방법의 또 다른 변형예의 순서도이다.
도 11은 성형 표면이 구비된 플런저를 이용하여 유리 시트를 프레싱하는 단계를 도시한다.
도 12는 도 1에 도시된 성형 유리 제품의 제조방법의 또 다른 변형예의 순서도이다
도 13은 중적외선(mid-infrared) 히터를 이용하여 몰드 상에 유리 시트를 우선적으로 가열하는 것을 도시하는 도면이다.
도 14는 중적외선 히터의 흑체 곡선(black body curve) 및 유리의 투과 곡선(transmission curve)을 도시하는 도면이다.
도 15는 중적외선에 의하여 몰드 근처에서 유리를 가열하는 동안 몰드 및 유리 온도의 그래프이다.
도 16은 오목한(concave) 성형 표면이 구비된 몰드를 이용하여 성형 제품을 성형하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 17은 프리-새그 몰드를 이용하여 성형 제품을 성형하는 방법을 도시하는 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 몇 가지 바람직한 구체예를 참조하여 구체적으로 기재된다. 바람직한 구체예를 기술함에 있어서, 본 발명의 이해를 높이기 위하여 다양한 구체적 세부사항이 설명된다. 그러나, 본 발명이 이러한 구체적 세부 사항 중 일부 또는 전부 없이도 실시될 수 있음은 당업자에게 명백하다. 다른 예에 있어서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록, 주지의 특징 및/또는 공정 단계는 상세히 기재되지 않는다. 또한, 동일 또는 유사한 부재에 대하여는 동일 또는 유사한 부재 번호가 사용된다.
도 1은 성형 유리 제품의 제조 방법을 도시하는 순서도(flowchart)이다. 본 발명의 분야에서 기술되는 바와 같이, "성형 유리 제품"이라는 용어는 유리 제품이 비평면의 개방형 경계 표면(non-planar, open bounding surface)을 갖는 것을 의미한다. 상기 경계 표면은 또한 경계 표면 프로파일에 의하여 특징된다. 상기 유리 제품의 경계 표면 프로파일은 간단한 곡률, 즉 하나의 독립적인 방향에 따른 곡률, 또는 복합적인 곡률, 즉 1 이상의 독립적인 방향에 따른 곡률을 나타낼 수 있다. 도 1 및 후속 도면에서 기재된 방법은 간단하거나 복합적인 곡률에 의하여 특징되는 경계 표면 프로파일을 갖는 성형 유리 제품을 성형하는데 이용될 수 있다. 이러한 성형 유리 제품은 스마트 마우스와 같은 가정용 전자제품에서 사용될 수 있다. 도 1 및 후속 도면에서 기재된 방법은 얇은 벽(thin wall)을 갖는 성형 유리 제품을 성형하는데 이용될 수 있다. 이러한 얇은 벽은 간단하거나 복합적인 곡률을 포함할 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 도 1 및 후속 도면에 기재된 방법에 의하여 성형되거나 성형 가능한(formable) 얇은 벽 성형 유리 제품의 벽 두께는 약 1∼3 mm 범위일 수 있다. 몇몇 예에 있어서, 도 1 및 후속 도면에 기재된 방법에 의하여 성형되거나 성형 가능한 성형 유리 제품은 폴리싱(polishing)된 에지 마감 특성을 나타내는 광학적 품질의 표면을 가질 수 있다.
도 1에 따르면, 경계 표면 프로파일을 갖는 성형 유리 제품의 제조 방법은 성형 표면을 갖는 새그 몰드를 제공하는 단계를 포함한다 (100). 도 2A는 이러한 몰드의 일 예를 도시한다. 도 2A에서, 새그 몰드(200)는 상단 표면(top surface; 206) 및 성형 표면(208)을 갖는 몰드 본체(202)를 포함한다. 성형 표면(208)의 상단 에지(top edge; 209)는 상단 표면(206)과 인접해 있다. 성형 표면(208)은 상단 표면(206) 아래에서 몰드 본체(202) 내로 연장되어 있다. 도면에서는 오직 하나만 표시되어 있는, 성형 표면(208)의 측면 에지(side edge; 211)는, 도면에서는 오직 하나만 표시되어 있는 몰드 본체(202)의 대향하는 내측 표면(213)에 의하여 몰드 본체(202) 내에 둘러싸여 있다. 성형 표면(208) 및 내측 표면(213)은 캐비티(204)의 경계를 정하는 바, 상기 캐비티는 상단 표면(206)에서 개방되어 있다. 성형 표면(208)은 제조될 성형 유리 제품의 경계 표면 프로파일에 부합되는 성형 표면 프로파일을 갖는다. 인식되는 바와 같이, 성형 표면(208)의 성형 표면 프로파일은 제조될 성형 유리 제품의 경계 표면 프로파일에 따라 도 2A에 도시된 바로부터 변화할 것이다.
몰드 본체(202)는, 몰드 본체(202)의 바닥 표면(도 2에서 215)으로부터 성형 표면(208)까지 연장하는 1 또는 그 이상의 슬롯(slot; 210)을 포함한다. 슬롯(210)은 몰드(200)의 외부(exterior)와 성형 표면(208) 사이의 연통(communication)을 제공하도록 마련된다. 일 예에 있어서, 슬롯(210)은 진공 슬롯으로 기능한다. 즉, 슬롯(210)은 성형 표면(208)을 통하여 캐비티(204)로 진공을 제공하기 위한 진공 펌프 또는 다른 장치(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 몰드(200)의 가능한 변형예는 도 2C에 도시된 바와 같이 몰드 본체(202) 내에서 직선형 슬롯(도 2B에서 210)이 아닌 경사진 슬롯(slanted slots; 210a)을 제공하는 것을 포함한다. 몰드(200)에 대한 또 다른 가능한 변형예는, 도 2D에 도시된 바와 같이, 성형 표면(208) 상의 미리 정해진 위치에서, 핀, 리지(ridges) 및 기타 이러한 돌출부(protuberances)와 같은 얼라인먼트 부위(alignment features; 216)를 제공하는 것을 포함한다. 이러한 얼라인먼트 부위(216)는 유리 시트를 몰드(200) 상에 보다 정확하게 위치시키는데 도움이 될 수 있다. 도 2A 내지 도 2D에 도시된 몰드(200)는 내열성 물질, 바람직하게는 제조될 유리 제품의 재질과 상호작용하지 않는 재료로 제조될 수 있다. 일 예로서 , 몰드(200)는 고온 강(high temperature steel) 또는 주철(cast iron) 재질일 수 있다. 몰드(200)의 수명을 연장시키기 위하여, 성형 표면(208)은 제조되는 유리 제품의 재질과 상호작용하지 않는 고온 재료(high-temperature material)로 코팅될 수 있다(예를 들면 Armoloy사에 의하여 시판 중인 Diamond Chromium 코팅).
도 1을 다시 참조하면, 성형 유리 제품의 제조방법은 유리 시트를 제공하는 것을 포함한다 (102). 유리 시트는 성형 유리 제품이 사용되는 분야에 적합한 임의의 유리 조성으로부터 제조될 수 있다. 바람직한 구체예에 있어서, 유리 시트는 이온 교환에 의하여 화학적으로 강화될 수 있는 유리 조성으로부터 제조될 수 있다. 전형적으로, K+와 같은 보다 큰 알칼리-토금속 이온에 대하여 교환될 수 있는, 유리 구조 내의 Li+ 및 Na+과 같은 작은 알칼리 이온의 존재는 유리 조성을 이온 교환에 의한 화학적 강화(chemical strengthening)에 적합하도록 한다. 베이스 유리 조성은 변화 가능하다. 예를 들면, 미국 특허출원번호 제11/888213호(Corning Incorporated, Corning, NY)은 이온 교환에 의하여 강화되고 시트로 다운-드로잉될 수 있는 알칼리-알루미노실리케이트 유리를 개시한다. 상기 유리는 약 1650℃ 미만의 융점 및 적어도 130 kpoise, 일 구체예에서는 250 kpoise 보다 큰 액상 점도(liquidus viscosity)를 갖는다. 상기 유리는 상대적으로 저온에서, 그리고 적어도 30 ㎛의 깊이까지 이온교환될 수 있다. 조성 면에서, 상기 유리는 하기의 조성을 포함한다: 64 몰% ≤ SiO2 ≤ 68 몰%; 12 몰% ≤ Na2O ≤ 16 몰%; 8 몰% ≤ Al2O3 ≤ 12 몰%; 0 몰% ≤ B2O3 ≤ 3 몰%; 2 몰% ≤ K2O ≤ 5 몰%; 4 몰% ≤ MgO ≤ 6 몰%; 및 0 몰% ≤CaO ≤5 몰%, 상기에서 66 몰% ≤ SiO2 + B2O3 + CaO　 ≤ 69 몰%; Na2O + K2O + B2O3 + MgO + CaO + SrO > 10 몰%; 5 몰% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8 몰%; (Na2O + B2O3) - Al2O3 ≤ 2 몰%; 2 몰% ≤ Na2O - Al2O3 ≤ 6 몰%; 그리고 4 몰% ≤ (Na2O + K2O) - Al2O3 ≤ 10 몰%이다. 본 발명의 실시에 사용 가능한 예시적인 유리는 Gorilla™ Glass (Corning Incorporated, Corning, NY, Code 2317)일 수 있다.
성형 유리 제품의 제조방법은 몰드 상에 유리 시트를 위치시키는 단계를 포함한다 (104). 도 3은, 상기 기재된 바와 같은 특징을 가질 수 있는 유리 시트(218)가 몰드 (200) 상에 위치하여 유리 시트(218)의 일 부분(220)이 몰드(200)의 캐비티(204) 위에 있는 것을 도시한다. 유리 시트(218)는 처음에는 몰드(200)의 상단 표면(206) 상에서 플랫 정렬(flat arrangement) 상태로 위치한다. 유리 시트(218)와 몰드(200) 사이의 플랫 관계는 성형 유리 제품의 제조 방법의 후속 단계 과정에서 변화할 것이다. 유리 시트(218)는 용융 드로우 공정 또는 플로트 공정과 같은 임의의 적절한 유리 성형 공정에 의하여 제조될 수 있다. 인라인 공정에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 유리 시트(218)는, 전체적으로 222로 지시되는, 유리 용융물 탱크 또는 유리 성형 장치(예를 들면, 용융 드로우 장치 또는 플로트 베드) 또는 유리 성형후 장치(예를 들면, 마감 처리 장치)로부터 몰드 (200) 상으로 수평으로 인발(pulling)될 수 있다. 전형적으로, 유리 시트(218)은 디바이스(222)로부터 몰드(200) 상으로 수평으로 인발된다. 유리 시트(218)는 연속적인 유리 시트의 부분(section) 또는 개별(discrete) 유리 시트일 수 있다. 바람직한 예에 있어서, 유리 시트(218)는 용융 드로우 공정에 의하여 성형되고, 적어도 하나의 파이어-폴리싱된(fire-polished) 품질의 표면을 갖는다. 일 구체예에 있어서, 몰드(200)는 유리 시트(218)가 그 위에 위치할 때 높은 온도 상태(hot)이다.
도 1을 다시 참조하면, 성형 유리 제품의 제조방법은 유리 시트 및 몰드를 가열하는 단계를 포함한다 (106). 이러한 가열은 유리 시트가 몰드 근처에 있는 동안 제공될 수 있다. 상기 가열은 유리 시트가 몰드 상에 위치하기 전 또는 후에 제공될 수 있고, 유리 시트가 몰드 상에 있는 시간의 적어도 일부 동안 유지될 수 있다. 바람직하게는, 유리 시트가 몰드 상에 위치하는 시간의 적어도 일부 동안 상기 유리 시트는 유리 시트의 연화점 미만의 온도로 가열되거나 유지된다. 바람직하게는, 유리 시트가 몰드 상에 위치하는 시간의 적어도 일부 동안 유리 시트의 연화점과 어닐링점 사이의 온도로 가열되거나 상기 온도에서 유지된다. 유리 시트의 연화점 및 어닐링점은 상기 유리 시트 제조용 유리 조성에 의하여 결정된다. 유리 시트 및 몰드는 같은 온도로 정합시킬 필요는 없다. 도 5을 다시 참조하면, 유리 시트(218)는 예를 들면 1 이상의 가열 부재(226)를 포함하는 로(furnace) 또는 가열 영역(224) 내에 유리 시트(218) 및 몰드(200)를 위치시킴으로써 원하는 수준의 높은 온도로 가열되거나 상기 온도로 유지될 수 있다. 바람직하게는, 가열 부재(226)는 유리 시트(218)의 표면으로 열이 직접 향하도록 로 또는 가열 영역(224) 내에 배치된다. 예를 들면, 가열 부재(226)는 유리 시트(218) 위에 위치할 수 있다. 바람직하게는, 가열 부재(226)는 신속하게 원하는 온도에 도달하도록 빠른 응답(response)을 갖는다. 바람직하게는, 가열 부재(226)는 둘러싸여 있어서 유리 시트(218)와 상호작용할 수 있는 입자를 생성시킬 가능성을 최소화한다. 바람직한 예에 있어서, 가열 부재(226)은 저항 소자이다. 보다 바람직한 예에 있어서, 가열 부재(226)는 중적외선(mid-infrared) 히터(예를 들면, 석영 유리 외피 내에 둘러싸여 있는, 신속 응답형 저항 소자를 갖는 Hereaus Noblelight 중적외선 히터)이다. 로 또는 가열 영역(224)는 바람직하게는 최종 유리 제품의 표면 상에 결함을 유발할 수 있는 입자를 생성시킬 수 있는 대류(convection) 현상을 최소화하도록 설계된다. 유리 시트(218)는 몰드(200)가 로 또는 가열 영역(224) 내에 위치하기 전 또는 후에 몰드(200) 상에 위치할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 성형 유리 제품의 제조방법은 몰드의 성형 표면 상으로 유리 시트를 새깅하는 단계(108)를 포함하며, 이때 성형 표면 상으로 새깅되는 유리 시트의 적어도 일 부분은 성형 표면의 성형 표면 프로파일을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 유리 시트를 성형 표면(208) 상으로 새깅하는 단계는 몰드 본체(202) 내의 슬롯을 몰드 캐비티(204) 또는 성형 표면(208)과 유리 시트(218) 사이의 공간에 진공을 가할 수 있는 진공 펌프 또는 기타 장치(228)로 연결하는 것을 수반한다. 바람직한 예에 있어서, 유리 시트(218)의 점도가 약 109 Poise일 때 몰드 캐비티(204)에 진공을 가한다. 몰드 캐비티(204)에 진공이 가해지는 시점에서, 유리 시트(218)는 연화점 미만의 온도, 바람직하게는 연화점과 어닐링점 사이의 온도에 있게 된다. 장치(228)는 캐비티(204)를 통하여 유리 시트(218)로 진공을 가하고, 캐비티(204) 내로, 그리고 성형 표면(208)에 대항하면서 유리 시트(218)를 인발하여 유리 시트(218)가 성형 표면(208)의 형상을 나타낸다. 진공에 의하여 성형 표면(208)에 대항하면서 유리 시트(218)를 인발하는 이러한 공정을 진공-새깅(vacuum-sagging)이라 부를 수 있다. 일 예에 있어서, 유리 시트(218)가 중력으로 인하여 몰드 캐비티(204) 내로 (또는 성형 표면 방향으로) 새깅을 시작하기에 앞서 진공-새깅이 일어난다. 택일적인 예에 있어서, 유리 시트(218)는 진공-새깅을 수행하기에 앞서 중력에 의하여 성형 표면 쪽으로 또는 성형 표면 상으로 새깅되도록 할 수 있다. 진공-새깅은 일반적으로 진공이 캐비티에 가해지기 전에 유리 시트(218)가 몰드 캐비티(204)의 개방 단부를 덮는데 충분히 클 것을 요구한다. 일반적으로, 유리 시트(218)가 진공-새깅에 앞서 중력에 의하여 새깅하도록 하는 것은 유리 시트의 표면 품질에 영향을 줄 수 있는 유리 시트와 성형 표면 사이의 접촉을 증가시킬 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 성형 유리 제품의 제조 방법은 상기 새깅된 유리 시트를 냉각(cooling down)하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다 (110). 이러한 단계는 상술한 바와 같이 로 또는 가열 영역으로부터 새깅된 유리 시트를 갖는 몰드를 제거하는 단계, 및 몰드 내에 있는 동안 상기 새깅된 유리 시트가 냉각되도록 하는 단계를 수반한다. 바람직하게는, 상기 새깅된 유리 시트는 그 온도가 유리 시트의 어닐링점 미만이 될 때까지 몰드 내에서 냉각되도록 한다. 보다 바람직하게는, 상기 새깅된 유리 시트는 그 온도가 유리 시트의 변형점 미만이 될 때까지 몰드 내에서 냉각된다. 냉각은 몰드를 대기(ambient air) 중으로 노출시킴으로써 이루어질 수 있거나 몰드와 유리 시트 주변에 냉각 공기 또는 가스를 순환시키는 것을 포함할 수 있다. 성형 유리 제품의 제조 방법은 몰드로부터 새깅된 유리 시트를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다 (112). 상기 새깅된 유리 시트는, 예를 들면 새깅된 유리 시트를 어닐링 오븐 내에 위치시킴으로써 어닐링될 수 있다 (114). 상기 새깅된 유리 시트는 원하는 치수를 갖는 원하는 성형 유리 제품을 얻기 위하여 절단될 수 있다. 예를 들면, 새깅된 유리 시트의 주변부(peripheral portion)를 새깅된 유리 시트로부터 잘라낼 수 있다. 상기 새깅된 유리 시트를 일정 사이즈로 절단하기 위하여, 특히 새깅된 유리 시트가 복잡한 형상을 갖는 경우에는 적절한 다축(multi-axis) CNC (컴퓨터 수치 제어) 기계를 사용할 수 있다. 일정 사이즈로 절단한 후, 상기 방법은 성형 유리 제품의 에지를 마감 처리하는 단계를 포함할 수 있다 (118). 파이어-폴리싱과 같은 기술이 성형 유리 제품을 마감 처리하는데 이용될 수 있다.
상기 방법은 성형 유리 제품을 이온 교환에 의하여 화학적으로 강화시키는 단계를 더 포함할 수 있다 (120). 상기 이온 교환 공정은 전형적으로 유리의 전이 온도(transition temperature)를 초과하지 않는 정도의 높은 온도에서 일어난다. 유리 내에 함유된 알칼리 이온보다 큰 이온 반경을 갖는 알칼리 용융 염 내로 유리가 디핑되고, 유리 내의 보다 작은 알칼리 이온이 보다 큰 알칼리 이온에 대하여 교환된다. 그 다음, 유리는 냉각된다. 유리 내 이온교환 깊이는 유리 조성에 의하여 조절된다. 일반적으로, 이온 교환이 더 깊을수록, 표면 압축(surface compression)은 더 커지고 유리는 더 강화된다. 상기 방법은 성형 유리 제품 상에 방오 코팅을 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다 (122).
상술한 방법은 1 또는 그 이상의 방식으로 변형될 수 있다. 일 변형예에 있어서, 상술한 방법은 단일 샷(one shot)으로 복수의 성형 유리 제품을 제조하도록 개변(adaption)된다. 상기 개변은 도 1의 단계 (100) 내에서 복수의 몰드를 제공하는 것을 포함한다. 몰드는 임의의 원하는 패턴으로 배열되나, 일반적으로 모두 인접하게 배열된다. 상기 개변은 도 2의 단계 (102)에서 몰드 상에 위치하는데 충분히 큰 시트를 제공하는 단계를 더 포함한다. 도 7은 도 1의 단계 (104), 즉 유리 시트(218)이 복수의 몰드(200) 상에 위치하는 경우를 도시한다. 이러한 변형예에 있어서, 몰드(200)의 성형 표면(208)은 동일한 성형 표면 프로파일을 갖고 있어 동일한 형상을 갖는 유리 제품을 제조할 수 있거나, 또는 다른 성형 표면 프로파일을 갖고 있어 다른 형상을 갖는 유리 제품을 제조할 수 있을 것이다. 상술한 바와 같이, 인라인 공정에 있어서, 유리 시트(218)는 유리 용융 탱크, 유리 성형(forming) 장치 또는 유리 성형 후(post-forming) 장치로부터 수평 방향으로 인발되어 복수의 몰드 상에 위치할 수 있다. 상기 방법의 나머지 단계는 도 1에 도시된 바에 따라, 또는 도 1에 도시된 방법의 변형예 중 어느 하나에서 후속적으로 기재된 바에 따라 계속된다. 몰드로부터 새깅된 유리 시트를 제거한 후, 상기 새깅된 유리 시트는 다이싱되고 잘라내어(trimming) 개별 성형 유리 제품을 얻는다.
도 8은 성형 유리 제품의 제조방법의 또 다른 변형예를 도시하는 순서도이다. 앞의 예에서와 같이, 도 8에 도시된 방법은 성형 표면을 갖는 몰드를 제공하는 단계를 포함한다 (800). 상기 방법은 제조될 성형 유리 제품의 평탄화된 형상(flattened shape)을 결정하는 단계를 포함한다 (802). 이러한 단계는 성형 유리 제품을 성형하는데 필요한 유리 시트의 정확한 량을 결정하는데 이용된다. 상기 방법은 평탄화된 형상 (또는 실 형상(net-shape))을 갖는 유리 시트를 제공하고 절단하는 단계를 더 포함한다 (804). 상기 실 형상의 유리 제품은 에지-마감 처리된다 (805). 그 다음, 유리 시트는 몰드 상에 위치한다 (806). 상기 방법은 유리 시트 및 몰드를 가열하는 것을 더 포함한다 (808). 유리 시트 및 몰드는 유리 시트의 연화점 미만, 바람직하게는 유리 시트의 연화점과 어닐링점 사이의 상승된 온도로 가열될 수 있다. 단계 (808)는 몇몇 변형예에 있어서는 단계 (806)에 앞서 일어나고, 상기 몰드 및 유리 시트는 개별적으로 또는 함께 가열될 수 있다. 상기 방법은 실 형상의 새깅된 유리 제품을 성형하도록 몰드의 성형 표면 상으로 유리 시트를 새깅하는 단계를 포함한다 (810). 진공-새깅이 이용될 수 있다. 새깅 후, 실 형상의 새깅된 유리 시트가 몰드 내에서 냉각된다 (812). 냉각은 대기 중으로 몰드를 노출시킴으로써 수행될 수 있거나 몰드와 유리 시트 주변에 냉각 공기 또는 가스를 순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 냉각 후, 실 형상의 새깅된 유리 제품은 몰드로부터 제거된다 (814). 그 다음, 상기 실 형상의 새깅된 유리 시트는 어닐링된다 (816). 도 1에 도시된 방법과 달리, 새깅된 유리 시트를 일정 사이즈로 절단하는 것은 필요하지 않다. 이 점에서, 어닐링된 실 형상의 새깅된 유리 제품은 성형 유리 제품과 형상 면에서 같다. 상기 방법은 이온 교환에 의하여 성형 유리 제품을 화학적으로 강화하는 단계를 더 포함할 수 있다 (818). 상기 방법은 성형 유리 제품 상에 방오 코팅을 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다 (820). 도 8에서 변형된 방법을 기술함에 있어서, 도 1 내지 도 7을 참조하여 상기에서 적절히 기재한 방법들은 다시 상세히 기술하지 않기로 한다. 도 8에 기재된 변형예의 장점 중 하나는 유리 시트의 새깅에 앞서 실 형상으로 유리 시트를 절단함으로써 새깅 후의 유리 절단 과정을 제거한다는 점이다. 새깅 전, 유리 시트는 여전히 평평하고(즉, 2차원), 절단이 용이하다, 새깅 후에는 유리 시트가 보다 복잡하고 평평하지 않은 형상(즉, 3차원)을 갖는다.
도 8에 기재된 예의 경우, 유리 시트가 성형 유리 제품을 성형하는데 필요한 사이즈로 절단되기 때문에 도 2A-2D에 도시된 것과 다른 몰드가 사용될 수 있다. 도 9는 이러한 대체 가능한 새그 몰드(230)를 도시한다. 도 2A-2D에 도시된 앞의 예에서와 같이, 새그 몰드(230)은 상단 표면(234) 및 성형 표면(236)을 갖는 몰드 본체(232)를 포함하며, 상기에서 성형 표면(236)의 상단 에지(238)는 상단 표면(234)와 인접해 있다. 성형 표면(236)은, 도 2A-2D에 도시된 몰드와 관련하여 앞서 기재한 바와 같이, 제조될 성형 유리 제품의 경계 표면 프로파일에 부합하는 성형 표면 프로파일을 갖는다. 성형 표면(236)은 상단 표면(234) 밑에서 연장된다. 그러나, 도 2A-2D에 도시된 예와 달리, 성형 표면(236)의 측면 에지(240)는 몰드 본체(232)의 내측 표면에 의하여 둘러싸여 있지 않다. 몰드 본체(202)의 이송이 용이하도록 핸들(242)이 몰드 본체(202) 상에 제공될 수 있다. 슬롯(244)은 몰드의 바닥 표면(도시되지 않음)으로부터 성형 표면(236)까지 연장된다. 슬롯(244)은 도 2A-2D에서 몰드와 관련하여 앞서 기술한 바와 같이 진공 슬롯으로 기능할 수 있다. 얼라인먼트 부위(도 2D에서 216과 유사함)는 성형 표면(236) 상에 제공되어 성형 표면(236) 상에 실 형상의 유리 시트를 정합시키는데(registering) 도움이 된다. 몰드(230)를 이용할 경우, 성형 표면(236) 상에 유리 시트를 새깅하는 것은 유리 시트가 중력에 의하여 성형 표면(236) 상에 새깅되도록 하거나, 또는 성형 표면(236) 상에 유리 시트를 위치시킨 다음 진공에 의하여 성형 표면(236)에 대항하여 유리 시트를 당기는 것, 즉 진공-새깅하는 것을 일반적으로 요구한다.
도 10은 성형 유리 제품의 제조방법의 또 다른 변형예를 도시한다. 도 10에 도시된 방법은 프리-새그 몰드를 제공하는 단계를 포함한다 (1000). 상기 몰드는 전술한 바와 같은 성형 표면을 갖지 않는다는 점에서 프리-새그 특성을 갖는다. 상기 방법은 제조될 성형 유리 제품의 평탄화된 형상(flattened shape)을 결정하는 단계를 포함한다 (1002). 상기 방법은 또한 평탄화된 형상 (또는 실 형상)을 갖는 유리 시트를 제공하고 절단하는 단계를 포함한다 (1004). 상기 실 형상의 유리 시트는 에지 마감 처리될 수 있다 (1005). 상기 몰드 및 유리 시트는 로 또는 가열 공간 내에서 가열된다 (1006). 유리 시트는 유리 시트의 연화점 미만의 온도로, 바람직하게는 유리 시트의 연화점과 어닐링점 사이의 온도로 가열될 수 있다. 몰드 및 유리 시트가 고온 상태에 있는 동안, 유리 시트 및 몰드는 로 또는 가열 공간으로부터 제거되어 프레스로 이송된다 (1008). 상기 몰드 및 유리 시트가 고온 상태에 있는 동안 유리 시트는 프레싱된다 (1010). 도 11을 참조하면, 유리 시트(218)가 프리-새그 몰드(254) 상에 지지되는 동안, 성형 표면(252)이 구비된 플런저(250)는 유리 시트(218)을 프레싱한다. 플런저(250)로 프레싱한 다음, 유리 시트(218)는 성형 표면(252)의 성형 표면 프로파일을 나타낸다. 플런저(250)의 움직임은 유리 시트(218)를 프레싱하는 동안 유리 시트(218)가 바닥 프레스 플랫폼(256)과 접촉하지 않도록 제어된다. 앞선 예에서와 같이, 플런저(250)의 성형 표면(252)의 성형 표면 프로파일은 성형될 유리 제품의 경계 표면 프로파일과 부합된다. 도 10을 다시 참조하면, 유리 시트를 프레싱한 다음, 프레싱된 유리 시트는 어닐링된다 (1012). 상기 방법은 어닐링된 유리 시트를, 예를 들면 이온 교환에 의하여 화학적으로 강화시키는 단계를 더 포함할 수 있다 (1014). 상기 방법은 성형 유리 시트 상에 방오 코팅을 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다 (1016). 도 10에서의 변형된 방법을 기술함에 있어서, 도 1-9를 참조하여 상기와 같이 적절히 기재된 단계들은 다시 상세히 기재하지 않기로 한다.
도 12는 성형 유리 제품의 제조방법의 또 다른 변형예를 도시한다. 도 12에 도시된 방법은 프리-새그 몰드를 제공하는 단계 (1200) 및 유리 시트를 제공하는 단계 (1202)를 포함한다. 상기 프리-새그 몰드 상에 유리 시트를 위치시킨다 (1204). 그 다음, 유리 시트 및 몰드는 가열된다 (1206). 이러한 방법은, 예를 들면 유리 시트 및 몰드를 로 또는 가열 공간 내에 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 유리 시트는 유리 시트의 연화점 미만의 온도로 가열된다. 보다 바람직하게는, 유리 시트는 유리 시트의 연화점과 어닐링점 사이의 온도로 가열된다. 몰드 및 유리 시트가 고온 상태에 있는 동안, 상기 유리 시트 및 몰드는 프레스로 이송된다 (1208). 전술한 바와 같이, 유리 시트는 성형 표면을 갖는 플런저로 프레싱된다 (1210). 유리 시트를 프레싱한 다음, 프레싱된 유리 시트는 어닐링된다 (1212). 상기 유리 시트는 원하는 치수 또는 사이즈를 갖는 성형 유리 제품을 얻기 위하여 일정 사이즈로 절단된다 (1214). 상기 성형 유리 제품은 에지-마감처리될 수 있다 (1216). 상기 방법은 성형 유리 제품을, 예를 들면 이온 교환에 의하여, 화학적으로 강화시키는 단계를 더 포함할 수 있다 (1218). 상기 방법은 성형 유리 제품에 방오 코팅을 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다 (1220).
상술한 방법 및 이의 변형예는 몰드 근처에 있는 동안 유리 시트를 가열하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 유리 시트는 몰드 근처에 있는 동안 복사에 의하여 우선적으로 그리고 급격히 가열되어 가열 동안 몰드가 유리 시트보다 실질적으로 낮은 온도에 있도록 한다. 이는 유리 시트를 몰드 내로 새깅함으로써 형성된 유리 제품이 우수한 표면 품질을 갖도록 하고, 몰드 수명을 연장시키며, 그리고 빠른 사이클 시간을 가능케 한다. 상술한 기재에서는, 바람직한 예에 있어서, 가열 부재(도 5의 226)는 중적외선 히터임이 언급된 바 있다. 중적외선 히터는 가열 동안 몰드가 유리 시트보다 실질적으로 낮은 온도에 있도록 몰드 근처에 있는 동안 유리 시트를 우선적으로, 그리고 급격히 가열하는데 이용될 수 있다. 일 예에 있어서, 유리 온도가 상온으로부터 약 800 ℃까지 4분 이내에 승온되도록 가열이 이루어진다면, 가열이 급격히 이루어지는 것으로 고려할 수 있다. 도 15는 몰드 근처에서 유리 시트를 급격히 가열하는 예를 보여준다. 도 15에서, 유리 시트는 4분 내에 800 ℃의 온도에 도달하고, 이때 몰드는 유리 시트보다 실질적으로 낮은 온도에 있게 된다. 도 15에서, 유리 시트가 약 800 ℃에 있을 때, 몰드는 약 650 ℃에 있게 된다. 유리 시트는 유리 시트가 몰드 내로 새깅되어 성형 유리 제품을 성형할 수 있는 온도로 가열된다. 이 온도에서, 유리 시트와 몰드 사이의 온도차는 적어도 100 ℃, 바람직하게는 적어도 150 ℃, 보다 바람직하게는 적어도 175 ℃이나, 바람직하게는 250 ℃ 미만이다. 도 15에 도시된 온도 경향은 중적외선 가열 시 전형적인 것이다. 도 15에 나타낸 몰드 온도 및 유리 온도 프로파일은 몰드 재질 및 유리 재질 각각의 함수이다. 상기 예에서, 몰드 재질은 INCONEL 718, 석출-경화성(precipitation-hardenable) 니켈-크롬 합금인 한편, 유리 재질은 CORNING 2317, 매우 높은 내손상(damage resistance) 특성을 제공하도록 화학적으로 템퍼링(tempering)될 수 있는 알칼리 알루미노실리케이트 유리이다.
도 13을 참조하면, 중적외선 히터(226)는 몰드(200) 근처에 위치하는 유리 시트(218) 위에 위치하며, 몰드(200) 상에 위치할 수 있다. 도시되지는 않지만, 중적외선 히터(226), 유리 시트(218) 및 몰드(200)는 로 벽 내에 둘러싸여 있을 수 있다(예를 들면, 도 5에서 로(224) 참조). 유리 시트(218) 위에 중적외선 히터(226)를 설치하는데 임의의 적당한 방법이 이용될 수 있다(일 예는 도 5에 도시됨). 이러한 배열에 있어서, 중적외선 히터(226)는 몰드(200) 상의 유리 시트(218)을 우선적으로, 그리고 급격히 가열하는데 사용될 수 있다. "우선적 가열"은 다량의 전달된 열이 실질적으로 유리 시트(218)와 몰드(200) 간에 분할되기보다는 유리 시트(218)로 전달됨으로써 몰드(200)보다는 유리 시트(218)의 보다 급격한 가열을 가능하게 함을 의미한다. "우선적 가열"은 유리 시트(218)를 가열하기 위한 최적의 스펙트럼 범위로 복사(방사)됨으로써 직접 가열되기 때문에 달성된다.
개별 중적외선 히터(226)는 유리 시트(218)가 흡수하는 스펙트럼 영역 내에서 실질적인 흑체 복사 에너지를 갖는다. 특히 관심 있는 스펙트럼 영역은 2.0 ㎛와 4.5 ㎛ 사이의 파장 대역인 바, 여기서 주로 수분, 붕소, 알칼리, 미량의 환원 철 또는 기타 전이 금속 이온 및 희토류 금속 이온의 존재로 인하여 다수의 유리가 상당한 흡수 계수(absorption coefficient )를 갖게 된다. 만약 유리가 가시 영역에서 높은 투과성을 가질 것이 요구되면, 중적외선 흡수를 증가시키기 위한 첨가제는 약 2 ㎛ 미만의 스펙트럼 흡수를 갖지 않는 종류로 한정되는데, 이는 유리 투과성에 영향을 미치는 가시 스펙트럼 내에서의 배음(overtones) 때문이다. 유리가 부분 투과성을 갖는 스펙트럼 범위 내에서 가열하는 것이 유리한데, 그 이유는 유리의 깊이를 통하여 유리를 보다 균일하게 가열할 수 있기 때문이다. 가열 부재의 수명을 보호하고, 가열 부재의 오염 없이 급격한 가열을 가능하게 하고, 그리고 유리 및 몰드의 오염을 최소화하기 위하여, 중적외선 히터(226)는 바람직하게는 가열 부재(229)가 석영 또는 용융 실리카 튜브(231) 내에 둘러싸이도록 한다. 유리 시트(218)와 중적외선 히터(226) 사이의 공간(227)은 바람직하게는 50.8 cm 이하이다. 바람직하게는, 유리 시트(218)가 흡수 복사에 의하여 직접 가열되도록 유리 시트(218)와 히터(226) 사이에 가시선(line of sight)이 존재한다. 우선 가열은 도 1, 8, 10 및 12의 유리/몰드 가열 단계들 중 임의의 단계에서 이용될 수 있다.
도 14는 800℃ 및 900℃에서의 전형적인 중적외선 히터의 흑체 곡선을 도시한다. 또한, 2mm 두께의 CORNING 2317 유리에 대한 중적외선 투과성이 상기 도면에 나타난다. 2.5 ㎛ 이상에서, 유리의 투과성은 감소하고 유리의 흡수성은 증가한다. 이러한 증가된 흡수는 중적외선 히터가 높은 흑체 방출 에너지를 갖는 스펙트럼 영역과 동일한 영역에서 일어난다. 이처럼, 유리에 대한 주된 열 전달 매커니즘으로서 적외선 복사를 이용하여 유리가 효과적으로 가열될 수 있다. 중적외선 흡수를 위한 최적의 유리 물성은 약간의 투과성이 여전히 유지될 것을 요하는 바, 만약 유리가 완전 흡수성이라면 유리의 표면만이 복사에 의하여 가열되는 한편, 벌크(bulk)는 전도(conduction)에 의하여 가열될 것이기 때문이다. 약 500 ℃를 초과하는 온도에서의 유리의 경우, 복사에 의한 열 전달은 전도 또는 대류의 경우에 비하여 훨씬 빠르다. 따라서, 급격한 가열을 위하여 복사를 이용하는 것이 바람직하다.
후술하는 바와 같은 다양한 실시예에 있어서, 성형 유리 제품은 전술한 바와 같이 몰드 근처에서 유리 시트를 우선적으로 가열한 다음, 전술한 바와 같이, 예를 들면 도 1, 6 및 8을 참조하여 유리 시트를 몰드 내로 새깅함으로써 제조되었다. 실시예에서, CORNING 2317 유리가 유리 시트로 사용되었다. 몰드용 재질은 후술하는 바와 같이 변화시켰다. 각 파트의 경우, 성형 유리 제품으로 유리 시트를 성형하기 위하여 진공-새깅이 이용되었다. 복잡한 몰드 성형 표면(예를 들면, 복합적인 곡률을 갖는 성형 표면)에 충분히 가까운 유리를 새깅하기 위하여는 유리 점도가 109.1 P 미만, 바람직하게는 108.6 P 미만이 되도록 유리 시트가 가열되었다. 부차적으로, 몰드 성형 표면이 진공이 이용될 수 없거나 진공이 공정의 후단(end)에서만 이용될 수 있도록 되어 있다면, 유리 점도는 성형될 부위(features)의 곡률 및 형상에 따라 108.2 P와 107.2 P 사이일 수 있다. 만약 형상이 진공을 차단할 수 있는 몰드를 허용하지 않는 경우, 복잡한 형상 및 보다 정밀한 부위(finer features)뿐만 아니라, 보다 작은 곡률 반경 및 보다 급격한 각도(steeper angles)에 대하여는 전형적으로 유리의 연화점 근처 또는 연화점을 초과하는 점도를 필요로 한다. 택일적으로, 전술한 바와 같이, 프레싱이 성형 유리 제품을 성형하는데 이용될 수 있다. 유리 시트가 유리 전이 온도 이상에 있을 때 새깅이 일어나기 시작하나, 유리 시트가 몰드의 형상에 맞춰지기 위하여는 유리 시트가 특정 점도에 있을 것이 요구된다. 새깅을 위한 전형적인 점도는 107P와 109P 사이의 범위이다. 채택된 점도는 전술한 바와 같이 형상의 타입에 의존한다. 완만한 윤곽(gentle contours)은 보다 높은 점도, 예를 들면 109 P에서 성형될 수 있는 반면, 보다 급격한 굴곡 및 급격한 반경은 훨씬 낮은 점도를 필요로 한다. 일단 유리 시트가 미리 정해진 점도에 도달하면, 몰드에 따라 성형될 수 있다. 가열 부재는 전형적으로 진공-새깅을 위하여 진공이 가해지는 시간의 적어도 일부 동안 유지될 것이다.
제1 실시예에 있어서, 몰드는 310 등급 스테인레스 스틸(SS 310)로 제조되었다. SS 310은 500 J/Kg-K의 열 용량 및 14.2 W/m-k의 열 전도도(thermal conductivity)를 갖는다. 제1 실시예에 따라 파트를 성형하는 동안 관찰된 온도 및 전술한 공정은 하기 표 1에 나타내었다.
파트 번호
(Part ID)		 몰드 재료 Tmold , in (℃) Tmold , peak (℃) Tsag (℃) 사이클 타임 (min)
1275 SS 310 538 662 780 4:33
1276 SS 310 538 664 781 4:40
1278 SS 310 543 665 782 4:26
1279 SS 310 540 665 782 4:24
1280 SS 310 544 661 782 4:17
평균 540.6 663.4 781.4 4:28
표 1에 기재된 파트의 경우, 제1 열전쌍(도 13에서 221)은 몰드 온도를 측정하기 위하여 몰드의 중앙에 위치하였다. Tmold , in는 새깅을 위하여 몰드가 유리 시트와 함께 로 내로 들어갈 때 제1 열전쌍에 의하여 기록된 온도이다. 상기 공정은 Tmold , in가 550℃의 명목 값(nominal value)에서 일정하게 유지되도록 조절되었다. 표 1에서 보고된 값과 550℃ 사이에서 관찰된 차이는 열 질량 차이뿐만 아니라 몰드 재료의 열전도도 및 열 용량으로부터 기인한다. Tmold , peak는 새깅 공정 과정에서 제1 열전쌍에 의하여 측정된 최대 온도이었다. 제2 열전쌍(도 13에서 223)은 몰드 내로 유리를 새깅하기에 앞서 유리의 면(plane)에 위치하였다. Tsag은 제2 열전쌍에 의하여 기록된 온도이다. 표 1에 있어서, 평균 Tmold , peak는 Tsag보다 약 120℃ 낮다. 사이클 시간은 유리 시트 및 몰드가 중적외선 로 내로 위치하는 시점부터 중적외선 로가 개방되는 시점까지의 시간이다.
제2 실시예에 있어서, 몰드 재료로 INCONEL 718이 사용되었다. INCONEL 718은 435 J/Kg-K의 열 용량 및 11.4 W/m-K의 열 전도도, 즉 제1 실시예의 SS 310보다 낮은 열 용량 및 열 전도도를 갖는다. 제2 실시예 및 전술한 공정에 따라 성형 유리 제품을 성형하는 동안 관찰된 온도는 하기 표 2에 나타내었다. 표 2에서 평균 Tmold , peak는 표 1에서의 평균 Tmold , peak보다 약 60℃ 낮다. 이는 상대적으로 낮은 열 전도도 및 열 용량을 갖는 몰드 재료를 사용함으로써 Tmold , peak를 낮출 수 있음을 나타낸다.
파트 번호
(Part ID)		 몰드 재료 Tmold , in (℃) Tmold , peak (℃) Tsag (℃) 사이클 시간 (min)
1235 Inconel 718 546 603 781 4:50
1236 Inconel 718 547 604 781 4:47
1237 Inconel 718 546 604 781 4:49
1240 Inconel 718 546 605 781 4:56
1241 Inconel 718 546 605 781 4:51
평균 546.2 604.2 781 4:50
제3 실시예에 있어서, 몰드 재료로서 실리콘 카바이드가 사용되었다. 실리콘 카바이드는 750 J/Kg-K의 열 용량 및 120 W/m-K의 열 전도도, 즉 제2 실시예의 INCONEL 718 및 제1 실시예의 SS 310보다 높은 열 용량 및 열 전도도를 갖는다. 제3 실시예 및 전술한 공정에 따라 성형 유리 제품을 성형하는 동안 관찰된 온도는 하기 표 3에 나타내었다. 제3 실시예에서 몰드와 유리 온도 간의 차이는 제1 실시예에서와 유사하였다.
파트 번호
(Part ID)		 몰드 재료 Tmold , in (℃) Tmold , peak (℃) Tsag (℃) 사이클 시간 (min)
1314 SiC 534 645 767 5:50
1315 SiC 551 659 769 5:58
1316 SiC 550 656 770 5:50
1317 SiC 550 661 769 6:05
평균 546.3 655.3 768.8 5:55
제4 실시예에 있어서, 몰드는 310 등급 스테인레스 스틸(SS 310)로 제조되었으나, Tmold , in는 550℃로부터 500℃로 낮아졌다(제1 내지 제3 실시예에서는 Tmold , in가 550℃이었음). 제4 실시예 및 전술한 공정에 따라 성형 유리 제품을 성형하는 동안 관찰된 온도는 하기 표 4에 나타내었다.
파트 번호
(Part ID)		 몰드 재료 Tmold , in (℃) Tmold , peak (℃) Tsag (℃) 사이클 시간 (min)
1309 SS 310 491 684 780 7:00
1310 SS 310 500 677 780 6:44
1311 SS 310 491 678 779 6:25
1312 SS 310 497 678 780 6:14
1313 SS 310 496 675 779 6:25
평균 495 678.4 779.6 6:33
제5 실시예에 있어서, 몰드는 INCONEL 718로 제조되었으나, Tmold , in는 550℃로부터 500℃로 낮아졌다(제1 내지 제3 실시예에서는 Tmold , in가 550℃이었음). 제5 실시예 및 전술한 공정에 따라 성형 유리 제품을 성형하는 동안 관찰된 온도는 하기 표 5에 나타내었다.
파트 번호
(Part ID)		 몰드 재료 Tmold , in (℃) Tmold , peak (℃) Tsag (℃) 사이클 시간 (min)
1253 Inconel 718 489 630 780 8:54
1254 Inconel 718 495 633 780 9:03
1255 Inconel 718 496 638 780 9:07
1305 Inconel 718 500 651 780 9:17
1306 Inconel 718 500 645 780 9:07
평균 496 639.4 780 9:05
상기 표 4 및 5는 사이클 시간 및 Tmold , peak이 보다 낮은 Tmold,in에 의하여 영향받는다는 것을 나타낸다. 50℃까지, 즉 550℃에서 500℃로 Tmold , in을 감소시키는 것은 몰드와 유리 온도에 있어서의 차이를 감소시키지 않으며, 사이클 시간을 증가시킨다. 이는 복사 가열을 통하여 급격히 가열되고 있는 유리 시트로부터 열을 제거하는 전도에 기인한다. 상기 결과는 몰드를 Tsag에서 약 250℃ 높은 온도보다 낮게 유지하는 것이 공정 사이클 시간에 불리한 영향을 미칠 수 있고, 몰드로의 전도에 의한 유리로부터의 열 손실로 인하여 중적외선 복사에 의한 급격한 직접 가열 방식의 장점을 충분히 달성할 수 없음을 시사한다.
상술한 방법 및 이의 변형예는 오목한 성형 표면을 갖는 몰드로 한정되지 않는다. 다른 예에 있어서, 몰드는 볼록한 성형 표면을 가질 수 있다. 이 경우, 유리 시트를 볼록한 몰드 근처로 가져가서 전술한 바와 같이 가열한 다음, 볼록한 몰드 상에서 새깅한다. 도 16은 간략한 공정도이며, 이때 유리 시트(251)를 볼록한 몰드(253) 근처로 가져간다. 화살표 255로 지시되는 바와 같이, 유리 시트(251)는 볼록한 몰드(253) 상에서 새깅한다. 새깅 후, 상기 새깅된 유리 시트(251)는 냉각되어 몰드(253)로부터 제거된다. 새깅된 유리 시트(251)의 오목한 표면(257)은, 예를 들면 화살표 259에 의하여 지시되는 바와 같이, 그라인딩(grinding), 래핑(lapping), 및 폴리싱에 의하여 평탄화된다. 평볼록 형상(plano-convex)을 갖는 최종 유리 제품은 261에 도시된다. 유리 제품(261)은 도 1 또는 도 8에 도시되고 앞서 기술된 추가 단계들 중 어느 하나를 거칠 수 있다. 예를 들면, 성형 제품(261)은 어닐링 단계, 이온 교환에 의한 화학적 강화 단계, 및 방오 코팅으로 코팅하는 단계 중 하나 또는 그 이상을 거칠 수 있다.
도 17은 프리-새그 몰드를 이용하여 성형 제품을 성형하는 간소화된 공정도이다. 평평한(flat) 유리 시트(263)를 프리-새그(265) 근처로 가져간다. 그 다음, 평평한 유리 시트(263)는 화살표 266에 의하여 지시된 바와 같이 프리-새그 몰드(265) 상에 위치하고, 3차원적 곡률을 갖는 유리 시트(267)를 성형하기 위하여 중력에 의하여 자연적으로 새깅되도록 한다. 프리-새그 몰드(265) 상에 유리 시트(263)를 위치시키기 전 또는 후, 유리 시트(263)를 가열 다음 새깅이 수행된다. 새깅 후, 상기 새깅된 유리 시트(267)는 냉각되고 상기 프리-새그 몰드(265)로부터 제거된다. 그 다음, 상기 새깅된 유리 시트(267)의 주변 에지(268)는 화살표 269에 의하여 지시된 바와 같이 밀링된다. 그 다음에는, 화살표 272에 의하여 지시된 바와 같이, 예를 들면 그라인딩, 래핑 및 폴리싱에 의하여 성형 유리 시트(267)의 오목한 표면(270)을 평탄화하는 단계가 수행한다. 평볼록한 형상을 갖는 최종 유리 제품은 274에 도시된다, 전술한 예에서와 같이, 유리 제품(274)은 어닐링, 이온 교환에 의한 화학적 강화 단계 및 방오 코팅으로 코팅하는 단계 중 하나 또는 그 이상을 거칠 수 있다.
본 발명이 제한된 수의 구체예에 대하여 기술되었으나, 본 개시 내용을 고려한 당업자라면 본 명세서에서 개시된 발명의 범위를 이탈하지 않는 다른 구체예가 안출될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의하여만 제한되어야 한다.

Claims (20)

  1. 성형 유리 제품의 원하는 표면 프로파일을 갖는 성형 표면이 구비된 몰드 상에 중-적외선 흡수를 갖는 유리 시트를 위치시키는 단계;
    상기 유리 시트가 상기 몰드의 근처에 있는 동안 중-적외선 복사에 의하여 상기 유리 시트를 가열하는 단계, 이로써 상기 유리 시트가 상기 몰드에 비하여 우선적으로, 그리고 급격히 가열됨;
    상기 유리 시트와 몰드 사이의 온도차가 적어도 100℃일 때 상기 몰드의 성형 표면 상에 유리 시트를 새깅하여 상기 새깅된 유리 시트의 적어도 일부분이 원하는 표면 프로파일을 나타내도록 하는 단계, 여기서 상기 새깅 단계는 상기 유리 시트와 상기 성형 표면 사이에 진공을 적용하는 단계를 포함하며, 상기 진공이 적용되는 시점에서 상기 유리 시트의 온도는 상기 유리 시트의 어닐링점과 연화점 사이임; 및
    상기 새깅된 유리 시트를 상기 몰드로부터 제거하는 단계;
    를 포함하는 성형 유리 제품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리 시트와 상기 몰드 사이의 온도차는 250℃ 미만인 것을 특징으로 하는 성형 유리 제품의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 성형 유리 제품을 선택된 사이즈로 얻기 위하여 상기 새깅된 유리 시트를 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 유리 제품의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 새깅된 유리 시트를 어닐링하는 단계, 상기 성형 유리 제품을 화학적으로 강화하는 단계, 및 상기 성형 유리 제품 상에 방오 코팅을 도포하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 유리 제품의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유리 시트는 상기 위치시키는 단계에서 복수의 몰드 상에 위치하고, 상기 유리 시트는 상기 가열 단계에서 복수의 몰드 근처에 있는 동안 복사에 의하여 우선적으로, 그리고 급격히 가열되며, 그리고 상기 유리 시트는 상기 새깅 단계에서 상기 몰드의 성형 표면 위로 새깅되는 것을 특징으로 하는 성형 유리 제품의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 복수의 성형 유리 제품을 얻기 위하여 상기 새깅된 유리 시트를 다이싱하는 단계 및 다이싱 단계 전에 상기 새깅된 유리 시트를 어닐링하는 단계, 상기 성형 유리 제품을 화학적으로 강화하는 단계, 및 상기 성형 유리 제품 상에 방오 코팅을 도포하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 유리 제품의 제조방법.
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