KR101697467B1

KR101697467B1 - 열성형 글라스용 금형 제조방법

Info

Publication number: KR101697467B1
Application number: KR1020160152122A
Authority: KR
Inventors: 윤재호
Original assignee: 윤재호
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-01-17
Anticipated expiration: 2036-11-15

Abstract

본 발명은 취성이 강해 깨지기 쉬운 흑연을 이용하여 열성형 글라스용 금형을 효율적으로 생산할 수 있게 한 열성형 글라스용 금형 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 소정 두께의 흑연판(400)을, 제1공작기계의 테이블에 고정 설치한 제1진공지그(10)에 진공흡착 방식으로 고정하는 제1단계와; 상기 제1공작기계를 이용해 상기 흑연판(400)의 제1면에 열성형 글라스 형상에 대응하는 몰드부(401)를 가공 성형하는 제2단계와; 상기 흑연판(400)의 몰드부(401)가 제2공작기계의 테이블에 고정 설치한 제2진공지그(300)의 삽입홈(302) 내부로 삽입되도록 뒤집은 상태로 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하는 제3단계와; 상기 제2공작기계를 이용해 흑연판(400)의 제2면에 열성형 글라스 성형용 프레스장치 장착을 위한 장착홈(402)을 성형하는 제4단계를 포함하여 구성한다.
본 발명에 따르면, 취성이 강한 흑연판을 진공흡착 방식으로 신속하고, 간편하며, 견고하게 고정하여 열성형 글라스 제조를 위한 몰드부를 공작기계로 정밀 가공함으로써 금형의 생산성과 가공정밀성은 크게 향상되고, 제조원가는 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

열성형 글라스용 금형 제조방법{Method for manufacturing mold for thermoformed glass}

본 발명은 열성형 글라스용 금형 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 취성이 강해 깨지기 쉬운 흑연을 이용하여 열성형 글라스용 금형을 효율적으로 생산할 수 있게 한 열성형 글라스용 금형 제조방법에 관한 것이다.

스마트폰의 커버글라스는 스마트폰의 디스플레이 전면에 설치되는 것으로서, 대부분의 스마트폰은 손으로 접촉(touch)하면 그 위치를 파악하여 저장된 소프트웨어에 의해 정보의 입/출력 처리가 가능케 하는 터치스크린 기능을 지원하는데, 이러한 터치스크린 기능의 정밀성을 위해서는 투과성이 좋으면서도 내구성이 우수한 커버글라스를 필요로 하기 때문에 커버글라스의 내구성과 강도 향상을 위하여 커버글라스의 소재로서 강화유리 소재를 사용하는 것이 일반화되었다.

한편, 종래의 스마트폰은 전면부의 커버글라스에 평판형 유리(Flat Glass)를 사용하는 것이 대세였으나, 최근에는 휘어진 곡면 유리(Curved Glass)를 채용한 제품이 상품화되고 있으며, 차세대 모바일 기술로 예견되는 웨어러블 기기(Wearable Device)도 커버글라스에 곡면 유리를 사용한 제품이 출시되고 있다.

이와 같이 스마트폰이나 웨어러블 기기에 곡면 커버글라스를 채용하는 것은, 평판형 커버글라스를 채용하는 것보다 미적 감각이나 착용감, 기능성에 있어서 많은 장점을 있기 때문인데, 이러한 여러 장점은 상품성을 향상에 기여하기 때문에 향후 스마트폰이나 웨어러블 기기의 커버글라스 형상은 3D, 6D 곡면 형상이 보편화 될 것으로 전망된다.

그러나 상기와 같은 3D, 6D 곡면 형상의 스마트폰이나 웨어러블의 곡면 커버글라스를 가공하는 기술은 초기 단계의 기술로서 상용화된 기술은 일부에 불과한 실정이다.

곡면 커버글라스를 가공하는 기술 중 하나는 곡면 유리를 제조하기 위해 특수하게 제작된 치공구를 사용하여 고온 가열로에서 평판형의 글라스를 연와시켜 자중으로 곡면 형상으로 가공하는 것인데, 이러한 열성형 글라스 가공방법을 이용하여 스마트폰이나 웨어러블 기기의 커버글라스와 같이 곡면을 가진 글라스를 제조하기 위해서는 전용의 열성형 글라스 금형을 필요로 하는바, 그러한 열성형 글라스 금형에 대한 대표적인 종래기술을 살펴보면 다음과 같다.

등록특허공보 10-1260434호에는 일정 면적을 갖는 평판형의 박막 커버글라스가 안착되는 하부 베이스; 상기 하부 베이스에 안착된 커버글라스의 상면을 자중에 의해 압착하는 상부 베이스; 상기 평판형의 박막 커버글라스의 상하좌우측 일면 중, 어느 한쪽 이상의 일면을 커버글라스가 용융되지 않고 적은 연성을 띄는 650~750℃ 사이의 고온상태에서 자중에 의해 리프레싱하여 곡면형상으로 성형하는 밴딩부를 포함하며, 상기 밴딩부의 저면 일부는 일정각도로 하향 경사진 곡선면을 이루고, 상기 하부 베이스에서 상기 밴딩부가 안착되는 부위에는 상기 밴딩부의 곡선면과 대응되는 하향 경사진 곡선면이 형성되되, 상기 밴딩부의 곡선면과, 하부 베이스의 곡선면 사이의 간격은 상기 커버글라스의 두께와 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 리프레싱 공정에 의한 터치 패널용 3D 형상 커버글라스의 제조금형이 게재되어 있다.

공개특허공보 제10-2015-0034407호 공개특허공보 제10-2015-0126574호

상기한 종래기술은 터치 패널용 3D 형상 커버글라스를 제조하는 제조금형을 스테인레스계의 금속 재질을 사용하여 제조하고 있는데, 스테인레스계 금속 재질의 제조금형은 재질이 질기고 강해서 고속 가공이 불가능하여 가공 생산성이 낮은 단점이 있다.

또한, 스테인레스계 금속 재질의 제조금형은 커버글라스와 같은 열성형 글라스를 성형하기 위하여 고온의 가열로에서 일정 시간 노출되는 과정에서 스테인레스계 금속 재질의 특성상, 열수축에 의한 변형이 발생하거나 가열, 냉각을 반복하는 과정에서 산화 및 균열이 발생하는 문제점을 내포하고 있다.

그리하여 고온 환경에서의 빈번한 노출에도 불구하고, 열변형이나 산화 등이 발생하지 않고, 가공성이 우수하여 복잡하고 정밀한 형상으로의 가공이 용이한 흑연을 이용하여 열성형 글라스를 제조하는 금형이 대안으로 떠오르고 있다.

그런데 흑연으로 열성형 글라스 제조금형을 제조하기 위해서는 일반적인 고속가공기를 이용한 가공이 필요하며, 고속가공기를 이용한 가공을 위해서는 흑연 소재로 된 피가공물의 견고한 고정이 필수적인데, 고속가공기에서 사용하는 일반적인 고정수단인 볼트 또는 바이스 등과 같이 강한 물리력을 피가공물을 고정하는 방식으로 흑연 소재로 된 피가공물을 고정한 상태에서 고속가공기로 가공을 할 경우 흑연이 가진 강한 취성으로 인해 흑연 소재로 된 피가공물이 쉽게 깨지거나 균열이 발생하여 흑연을 이용해 열성형 글라스영 금형을 제조하는데 상당한 기술적 어려움이 있고, 그로 인해 생산성도 매우 낮아서 제조원가가 높아지는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서, 소정 두께의 흑연판(400)을, 상기 흑연판(400)과 동일한 소재로 된 윗면이 평탄한 지그블록을 탈부착 가능케 구성하여 제1공작기계의 테이블에 고정 설치한 제1진공지그(10)의 지그블록 윗면에 상기 흑연판(400)을 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하는 제1단계와;

상기 제1공작기계의 툴을 이용해 상기 흑연판(400)의 제1면을 고속으로 절삭 가공하여 열성형 글라스 형상에 대응하는 몰드부(401)를 가공 성형하는 제2단계와;

상기 제1공작기계에서 몰드부(401)의 성형이 완료된 흑연판(400)을 제1공작기계에서 배출한 후, 상기 몰드부(401)에 대응하는 삽입홈(302)을 형성함과 동시에 흑연판(400)과 동일한 소재로 되어 제2공작기계의 테이블에 고정 설치한 제2진공지그(300)에 상기 흑연판(400)의 몰드부(401)가 삽입홈(302) 내부로 삽입되도록 흑연판(400)을 뒤집은 상태로 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하는 제3단계와;

상기 제2공작기계의 툴을 이용해 상기 흑연판(400)의 제2면을 고속으로 절삭 가공하여 열성형 글라스 성형용 프레스장치에 흑연판(400)을 장착하기 위한 장착홈(402)을 성형하는 제4단계를 포함하여 구성한다.

본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법은 이상과 같은 구성을 통해서 취성이 강한 흑연판을 진공흡착 방식으로 신속하고, 간편하며, 견고하게 고정한 상태에서 열성형 글라스 성형을 위한 금형으로 신속하고 정밀하게 가공할 수 있도록 함으로써 금형의 생산성과 가공정밀성을 높이고, 제조원가는 절감할 수 있게 한 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법은 취성이 강한 흑연판을 진공흡착 방식으로 신속하고, 간편하며, 견고하게 고정하여 열성형 글라스 제조를 위한 몰드부를 공작기계로 정밀 가공함으로써 금형의 생산성과 가공정밀성은 크게 향상되고, 제조원가는 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 열성형 글라스 금형의 제조원가가 저렴하고 생산성이 우수하여 스마트폰이나 웨어러블 기기와 같은 다품종 제품의 생산을 위한 금형 제조시에 효율적이고 능동적인 금형 생산이 가능하여 다품종 제품의 개발과 생산이 용이하게 되는 이점도 있다.

도 1은 본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법의 실시 예에 따른 제조 공정도
도 2는 본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법의 실시 예에 따라 제조된 스마트폰 커버글라스 제조용 금형 예시도.
도 3은 본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법의 실시 예에 따른 제1진공지그의 구조를 나타낸 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법의 실시 예에 따른 제1진공지그의 구조를 나타낸 저면 분해 사시도.

이하, 본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법은 소정 두께의 흑연판(400)을, 제1공작기계의 테이블에 고정 설치한 제1진공지그(10)에 진공흡착 방식으로 고정하는 제1단계와;

상기 제1공작기계를 이용해 상기 흑연판(400)의 제1면에 열성형 글라스 형상에 대응하는 몰드부(401)를 가공 성형하는 제2단계와;

상기 흑연판(400)의 몰드부(401)가 제2공작기계의 테이블에 고정 설치한 제2진공지그(300)의 삽입홈(302) 내부로 삽입되도록 뒤집은 상태로 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하는 제3단계와;

상기 제2공작기계를 이용해 흑연판(400)의 제2면에 열성형 글라스 성형용 프레스장치 장착을 위한 장착홈(402)을 성형하는 제4단계를 포함하여 구성한다.

상기 제1단계는 소정 두께의 흑연판(400)을, 제1공작기계의 테이블에 고정 설치한 제1진공지그(10)에 진공흡착 방식으로 고정하기 위하여 분말 형태의 흑연을 프레스장치를 이용해 고온, 고압에서 소결 성형하여 제조하거나, 소정의 크기를 갖는 흑연블록을 절삭 가공하여 형성한 소정 두께의 흑연판(400)을 제1공작기계의 테이블에 고정 설치한 제1진공지그(10)의 지그블록 윗면에 상기 흑연판(400)을 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정한다.

이때, 상기 제1진공지그(10)는 윗면 사방 가장자리에 걸림턱(101)을 돌출 형성하고, 윗면에서 밑면으로 이어지는 석션라인(102)을 형성하되, 밑면에는 상기 석션라인(102)과 이어진 다수의 입구가 내측에 형성되는 요입홈부(103)를 형성하며, 상기 요입홈부(103) 둘레에는 다수의 체결공(104)을 가지도록 흑연 소재로 형성하여 윗면에 흑연판(400)을 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하는 지그블록(100)과;

윗면에는 상기 지그블록(100) 밑면의 요입홈부(103) 형상과 일치하는 함몰홈부(201)를 형성하고, 그 둘레에는 패킹설치홈(202)을 형성하여 그 내부에 기밀 유지를 위한 패킹을 삽입 설치하며, 상기 함몰홈부(201) 일측에서 수직으로 형성된 진공홀(203) 하부에 진공장치와 진공호스로 연결되는 커넥터(204)를 나사 결합하고, 상기 지그블록(100)의 체결공(104)과 연통되는 볼트공(205)을 형성하며, 밑면 중앙에는 상기 공작기계의 척(C)에 결합되는 척킹부(206)를 형성하여 상기 지그블록(100)의 밑면에 긴밀하게 밀착되도록 나사 결합하는 금속재로 된 베이스블록(200)으로 구성됨으로써 흑연판(400)을 신속하고, 간편하며, 견고하게 고정할 수 있게 되어 제1공작기계에 의한 상기 몰딩부의 절삭 가공시에 가공정밀성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 흑연판(400)이 안착되어 진공 흡착 방식으로 고정되는 상기 지그블록(100)이 흑연판(400)과 동일한 흑연 소재로 제조됨으로써 흑연판(400)을 지그블록(100) 윗면에 안착하는 과정에서 흑연판(400)에 흠집이나 손상이 발생하는 것을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 제1진공지그(10)의 장시간 사용으로 인해 진공흡착 방식으로 흑연판(400)을 고정함에 있어서, 고정 위치에 오차가 발생하는 경우에는 흑연으로 제조되어 가공이 용이한 지그블록의 재가공을 통해 흑연판(400)의 고정 오차를 해소할 수 있게 되어 제1공작기계에 의한 상기 몰딩부의 절삭 가공시에 가공정밀성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

상기 제2단계는 상기 제1진공지그(10)에 진공흡착 방식으로 고정된 흑연판(400)의 제1면에 몰드부(401)를 성형하기 위하여 제1공작기계의 툴을 이용해 제1진공지그(10)에 고정된 흑연판(400)의 윗면을 고속으로 절삭 가공한다.

이때, 몰드부(401)를 이용해 열성형 하고자 하는 글라스 제품의 설계에 따라서 상기 몰드부(401)의 평면 형상은 가로세로 크기뿐만 아니라, 몰드부(401)의 높이 또한 다르게 가공할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

또한, 흑연판(400)의 윗면을 고속으로 절삭 가공하여 몰드부(401)를 가공 성형함에 있어서 몰드부(401)의 평면은 수평 방향으로 평탄하게 형성하거나, 가운데 부분이 볼록한 형태로 형성하는 것도 가능하며, 몰드부(401)의 측면은 수직 방향으로 평탄하게 형성하거나, 가운데 부분이 볼록하거나, 상부 또는 하부 또는 특정 방향으로 경사지게 형성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 몰드부(401)의 평면과 측면이 접하는 모서리 부분은 직각으로 형성하거나, 소정 각도로 면취하거나, 소정 곡률로 라운딩 처리하는 것도 가능함은 물론이다.

상기 제3단계는 상기 흑연판(400)의 몰드부(401)가 제2공작기계의 테이블에 고정 설치한 제2진공지그(300)의 삽입홈(302) 내부로 삽입되도록 뒤집은 상태로 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하기 위하여 상기 제1공작기계에서 몰드부(401)의 성형이 완료된 흑연판(400)을 제1공작기계에서 배출한 후, 상기 몰드부(401)에 대응하는 삽입홈(302)을 형성함과 동시에 흑연판(400)과 동일한 소재로 되어 제2공작기계의 테이블에 고정 설치한 제2진공지그(300)에 상기 흑연판(400)의 몰드부(401)가 삽입홈(302) 내부로 삽입되도록 흑연판(400)을 뒤집은 상태로 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정한다.

상기 제1공작기계에서 몰드부(401)의 성형이 완료된 흑연판(400)을 제1공작기계에서 배출하는 과정은 작업자에 의해 수작업으로 이루어지거나, 자동화기계를 이용해 자동으로 처리하는 것이 가능하다.

또한, 상기 제1공작기계에서 배출된 흑연판(400)을 제2공작기계의 제2진공지그(300)에 안착시키는 과정 또한 작업자에 의해 수작업으로 이루어지거나, 자동화기계를 이용해 자동으로 처리하는 것이 가능하나, 인건비 절감 및 생산성을 고려할 때, 제1공작기계에서 흑연판(400)을 배출하고, 상기 배출된 흑연판(400)을 제2공작기계의 제2진공지그(300)에 안착시키는 일련의 과정은 자동화기계를 이용해 자동으로 처리하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2진공지그(300)는 상기 흑연판(400)과 동일한 흑연 소재로 제조됨으로써 흑연판(400)을 제2진공지그(300) 윗면에 안착하는 과정에서 흑연판(400)에 흠집이나 손상이 발생하는 것을 최소화할 수 있게 된다.

아울러, 상기 제2진공지그(300)는 상기 제1진공지그(10)와 같이 윗면 사방 가장자리에 걸림턱(301)을 돌출 형성하고, 윗면 중앙에는 삽입홈(302)을 형성하되, 상기 삽입홈(302)은 상기 몰드부(401)의 형상에 대응하면서, 몰드부(401)의 평면 형상보다는 크고, 흑연판(400) 전체의 평면 형상 보다는 작게 형성하여 몰드부(401)를 제외한 흑연판(400)의 나머지 부분이 제2진공지그(300)의 윗면에 안착되게 한다.

또한, 상기 삽입홈(302) 일측에는 수평으로 진공홀(303)을 형성하여 제2진공지그(300)의 외벽으로 이어지는 진공홀(303)의 외측 입구에 나사 결합되는 커넥터를 진공장치와 진공호스로 연결함으로써 삽입홈(302) 내부에 몰드부(401)가 삽입된 상기 흑연판(400)을 진공흡착 방식으로 고정된다.

상기 제4단계는 상기 흑연판(400)의 제2면에 열성형 글라스 성형용 프레스장치 장착을 위한 장착홈(402)을 성형하기 위하여 상기 제2진공지그(300)에 의해 진공흡착 방식으로 고정된 흑연판(400)의 윗면을 고속으로 절삭 가공하여 열성형 글라스 성형용 프레스장치에 설치되는 치구에 대응하도록 장착홈(402)을 성형한다.

이때, 상기 장착홈(402)의 가로세로 크기나 깊이는 열성형 글라스 성형용 프레스장치에 설치되는 치구의 규격에 따라서 달라질 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 된 본 발명은 취성이 강해 깨지기 쉬운 흑연판(400)을 이용해 열성형 글라스용 금형을 제조하기 위하여 흑연판(400)을 공작기계에 고정할 때, 흑연판(400)을 물리적 압력으로 가압하여 고정하지 않고, 공압에 의한 진공흡착 방식으로 견고하며 용이하게 고정할 수 있게 된다.

또한, 깨지기 쉬운 흑연판(400)을 공작기계로 가공하기 위하여 흑연판(400)을 고정하는데 소요되는 시간이 종래 방식에 비해 대폭 줄어들 뿐만 아니라, 흑연판(400)의 가공 완료 후, 흑연판(400)을 지그에서 배출하는데 소요되는 시간도 대폭 줄어들어 다수의 흑연판(400)을 연속적으로 가공, 생산하는 과정에서 생산성이 크게 향상되는 효과가 있다.

또한, 제1진공지그(10)의 지그블록(100)과 제2진공지그(300)는 원료의 가격이 저렴하고, 가공이 용이한 흑연을 소재로 하여 제작함으로써 가공성이 우수하여 외표면의 평탄도를 정밀하게 가공할 수 있기 때문에 지그블록(100)과 제2진공지그(300) 윗면에 흑연판(400)을 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하는 경우에, 지그블록(100)과 제2진공지그(300)의 정밀한 외표면 평탄도로 인해 높은 진공 부압의 형성이 가능하여 흑연판(400)을 더욱 견고하게 고정할 수 있으므로 공작기계를 이용한 흑연판(400)의 고속 가공시에 흑연판(400)에 대한 가공 정밀성을 향상시킬 수 있게 된다.

아울러, 공작기계를 이용해 다량의 흑연판(400)을 절삭 가공하여 생산하는 과정에서 장시간의 사용으로 인해 고정 오차가 발생하는 경우에, 원료비와 가공비가 저렴하고 정밀 가공이 용이한 지그블록(100)과 제2진공지그(300)의 재가공을 통해 흑연판(400)의 고정 오차를 해소할 수 있게 되어 흑연판(400)에 대한 가공 정밀성을 유지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 열성형 글라스용 금형 제조방법에 의해 제조되는 열성형 글라스 금형은 제조원가가 저렴하고 생산성이 우수하여 스마트폰이나 웨어러블 기기와 같은 다품종 제품의 생산을 위한 금형 제조시에 효율적이고 능동적인 금형 생산이 가능함으로써 다품종 제품의 개발과 생산이 용이하게 되는 장점도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시나 응용이 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시나 응용 예는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

10: 제1진공지그 100: 지그블록
200: 베이스블록 300: 제2진공지그
400: 흑연판 401: 몰드부
402: 장착홈

Claims

소정 두께의 흑연판(400)을, 상기 흑연판(400)과 동일한 소재로 된 윗면이 평탄한 지그블록을 탈부착 가능케 구성하여 제1공작기계의 테이블에 고정 설치한 제1진공지그(10)의 지그블록 윗면에 상기 흑연판(400)을 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하는 제1단계와;
상기 제1공작기계의 툴을 이용해 상기 흑연판(400)의 제1면을 고속으로 절삭 가공하여 열성형 글라스 형상에 대응하는 몰드부(401)를 가공 성형하는 제2단계와;
상기 제1공작기계에서 몰드부(401)의 성형이 완료된 흑연판(400)을 제1공작기계에서 배출한 후, 상기 몰드부(401)에 대응하는 삽입홈(302)을 형성함과 동시에 흑연판(400)과 동일한 소재로 되어 제2공작기계의 테이블에 고정 설치한 제2진공지그(300)에 상기 흑연판(400)의 몰드부(401)가 삽입홈(302) 내부로 삽입되도록 흑연판(400)을 뒤집은 상태로 안착시켜 진공흡착 방식으로 고정하는 제3단계와;
상기 제2공작기계의 툴을 이용해 상기 흑연판(400)의 제2면을 고속으로 절삭 가공하여 열성형 글라스 성형용 프레스장치에 흑연판(400)을 장착하기 위한 장착홈(402)을 성형하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열성형 글라스용 금형 제조방법.