KR101837797B1 - 재료 시트를 형성된 물품으로 구부리기 위한 방법 및 그 기기 - Google Patents

재료 시트를 형성된 물품으로 구부리기 위한 방법 및 그 기기 Download PDF

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Abstract

재료 시트를 형성된 물품으로 구부리기 위한 방법은 상기 재료 시트를 제공하는 단계를 포함한다. 재료 시트의 개질가능한 영역 및 개질불가한 영역은 제 1 점도 범위에 대응하는 제 1 온도 범위로 가열된다. 재료 시트의 개질가능한 영역은 이어서 제 2 점도 범위에 대응하는 제 2 온도 범위로 가열된다. 재료 시트의 개질가능한 영역은 적어도 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역을 처지게 하거나 상기 개질가능한 영역의 경계 근처나 외측으로 상기 재료 시트에 외력을 가함으로써 선택된 형상으로 개질된다.

Description

재료 시트를 형성된 물품으로 구부리기 위한 방법 및 그 기기{Method and Apparatus for Bending a Sheet of Material into a Shaped Article}
본 특허출원은 35 U.S.C.§119하에서 2010년 11월 30일 출원된 유럽 특허출원번호 제10306317.8호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허문헌은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다.
본 발명은 전반적으로 평탄한 시트를 형성된 물품으로 개질(reform)하기 위한 방법 및 기기에 관한 것이다.
고-품질의 얇은, 형성된 유리 시트에 대한 전자 디스플레이 산업의 관심이 점점 증대되고 있으며, 특히, 상기 유리 시트는 평탄한 영역 및 굽힘 영역을 갖는다. 예를 들면, 이러한 형성된 유리 시트는 평탄한-스크린 텔레비젼의 커버로 사용되고 여러 분야에서 보호 커버로 사용되도록 요구되어 진다.
평탄한 유리 시트는 형성된 유리 시트로 개질될 수 있다. 평탄한 유리 시트를 형성된 유리 시트로 개질하기 위한 다양한 기술이 자동차 분야(예를 들면, 앞유리 및 측면 창)와, 건축 분야(예를 들면, 건축적인 그리고 상업적인 비-전자 디스플레이용 만곡된 유리)와 관련하여 특히 알려져 있다. 예를 들면, 미국 특허번호 제5,093,177호(Anderson 등; 1992년 3월 3일)는 오목한 영역을 평탄한 유리 시트로 가압함으로써 차량 윈도우로 사용하기 위한 형성된 유리 시트를 만드는 방법을 개시하고 있다. Anderson 등의 특허문헌의 방법에 있어서, 가열기는 집중된 고 온도의 열을 평탄한 유리 시트의 표면에 나아가게 하여, 상기 평탄한 유리 시트의 개질 영역의 완화부(transition section)를 그의 가열 연화 온도까지 신속하게 가열한다. 집중된 열에 의한 유리의 좁은 띠 모양 구역(band)에 따른 가열에 의한 유리 균열을 피하기 위하여, 유리 시트는 집중된 열을 적용하기 전에 상승된 온도로 예열된다. 완화부를 그의 연화 온도로 가열한 이후에, 개질 영역은 프레스 다이 사이에 위치되어 정렬된다. 개질 영역은 다이 중 하나의 다이를 상기 다이 중 다른 하나의 다이 쪽으로 나아가게 하고 상기 다이 사이의 개질 영역을 가압함으로써, 평탄한 유리 시트와의 평면 외측으로 이후 오프셋(offset) 된다.
Anderson 등의 특허문헌에 개시된 방법은 평탄한 유리 시트의 평면으로부터 개질 영역을 오프셋시키는 가압 수단과 상기 개질 영역에서 상당한 3-차원 변형을 갖는다. 이러한 공정은 개질 영역에서의 상당하게 감소된 점도 및 상당하게 적용된 가압력을 필요로 한다. 유리의 표면 상태가 이들 조건 하에서 국부적으로 손상될 수 있다는 것은 당업자에게 명확하다. Anderson 등에게, 이는 중요하지 않는데 그 이유는 "손상된 부분(damaged part)"이 기계적인 역할만을 가지며 완전하게 장착된 제품을 살펴보았을 경우 보이지 않기 때문이다. 이러한 제품(luxury)은 전자 디스플레이의 커버로 사용하기 위한 형성된 유리 시트의 경우에 가능하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 특징으로서, 재료 시트를 형성된 물품으로 구부리는 방법은 상기 재료 시트를 제공하는 단계(단계 a), 상기 재료 시트의 개질가능한 영역 및 개질불가한 영역을 제 1 점도 범위에 대응하는 제 1 온도 범위로 가열하는 단계(단계 b), 이어서 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역을 제 2 점도 범위에 대응하는 제 2 온도 범위로 가열하는 단계(단계 c), 및 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역을 처지게 하거나 상기 개질가능한 영역의 경계 근처나 또는 그 외측으로 상기 재료 시트에 외력을 가함으로써 선택된 형상으로 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역을 개질하는 단계(단계 d)를 포함한다.
일 실시예의 방법으로서, 단계 c에 있어서, 제 2 온도 범위로 가열된 재료 시트의 총 영역 대 상기 제 2 온도 범위로 가열된 개질가능한 영역의 비는 1.5 이거나 또는 그 미만이며, 이 경우 상기 총 영역은 상기 개질가능한 영역과 겹쳐진다.
일 실시예의 방법으로서, 단계 c에 있어서, 제 2 온도 범위로 가열된 재료 시트의 총 영역 대 상기 제 2 온도 범위로 가열된 개질가능한 영역의 비는 1.2이거나 그 미만이며, 이 경우 상기 총 영역은 상기 개질가능한 영역과 겹쳐진다.
일 실시예의 방법에 있어서, 단계 a에서 제공된 재료 시트의 두께의 범위는 0.3 mm 내지 1.5 mm이다.
일 실시예의 방법에 있어서, 재료 시트의 열 팽창 계수는 5 ppm 이상이다.
일 실시예의 방법에 있어서, 제 1 점도 범위의 하한은 제 2 점도 범위의 상한 보다 더 크다.
일 실시예의 방법에 있어서, 제 1 점도 범위의 하한은 6 x 109 Poise 보다 더 크다.
일 실시예의 방법에 있어서, 제 2 점도 범위는 108 Poise 내지 109 Poise이다.
일 실시예의 방법에 있어서, 단계 d는 개질가능한 영역의 처짐에 도움이 되도록 상기 개질가능한 영역에 진공을 가하는 단계를 포함한다.
일 실시예의 방법에 있어서, 단계 c는 광학 부재를 사용하여 개질가능한 영역 상에 복사열을 촛점맞추는 단계를 포함한다.
일 실시예의 방법에 있어서, 단계 c는 쉴드 부재를 사용하여 개질가능한 영역 상에 복사열을 촛점맞추는 단계를 포함한다.
일 실시예의 방법에 있어서, 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역 및 상기 개질불가한 영역은 연속이다.
일 실시예의 방법에 있어서, 단계 a에서의 재료 시트는 평탄하고, 단계 d이후에, 상기 개질불가한 영역은 평탄하게 유지된다.
일 실시예의 방법에 있어서, 선택된 형상은 굽힘부를 포함한다.
본 발명의 다른 일 특징으로서, 재료 시트를 형성된 물품으로 구부리기 위한 기기 장치가 상기 재료 시트를 유지하기 위한 지지부와, 상기 재료 시트가 상기 지지부 상에 유지되면서 선택된 점도 범위에 대응하는 선택된 온도로 상기 재료 시트의 개질가능한 영역을 국부적으로 가열하기 위한 가열 장치를 포함한다. 가열 장치는 열원과, 상기 열원으로부터의 열을 재료 시트의 개질가능한 영역 상에 촛점맞추기 위한 광학 부재나 쉴드 부재를 포함한다.
기기 장치의 일 실시예에 있어서, 광학 부재는 재료 시트의 개질가능한 영역 상에서 열을 반사시키기 위한 타원형 미러를 포함한다.
기기 장치의 일 실시예에 있어서, 쉴드 부재는 재료 시트의 개질가능한 영역상에서 열을 촛점맞추기 위한 개구를 구비한 내열성 쉴드를 포함한다.
기기 장치의 일 실시예에 있어서, 열원은 저항식 가열기이다.
상기 기재된 사항과 아래 상세한 설명 모두는 본 발명의 예시적인 사항으로서 본 발명에서 청구하고 있는 바와 같은 본 발명의 특징 및 특성에 대한 전반적인 이해를 돕기 위한 것임을 알 수 있을 것이다. 첨부한 도면은 본 발명의 이해를 더욱 돕기 위해 포함되어 있고 그리고 본 명세서에 통합되어 일부를 이룬다. 도면은 본 발명의 다양한 실시예 및 본 발명을 설명하도록 사용된 상세한 설명을 나타내고 있다.
첨부한 도면에 대한 설명이 아래 기재되어 있다. 도면은 축적에 맞춰 도시되지 않았으며, 도면의 시점과 특정 특징부가 보다 명확하게 나타나도록 과장되어 도시되어 있을 수도 있다.
도 1a는 재료 시트의 개질가능한 영역의 국부 가열을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 재료 시트의 개질가능한 영역의 국부 가열을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1c는 재료 시트의 일반화된 가열을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 재료 시트의 개질가능한 영역의 국부 가열을 위한 가열 장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 재료 시트의 개질가능한 영역의 국부 가열을 위한 저항식 가열 장치의 개략적인 도면이다.
도 4는 촛점맞춰진 복사 가열의 온도 분포 플롯이다.
도 5는 촛점맞춰진 복사 가열의 온도 분포 플롯이다.
도 6은 도 2의 촛점맞춤식 복사 가열 장치를 사용하여 재료 시트의 개질가능한 영역의 국부 가열 이후에 재료 시트의 열 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 2의 촛점맞춤식 복사 가열 장치를 사용하여 재료 시트의 개질가능한 영역의 국부 가열 이후에 재료 시트의 점도 프로파일과 열 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 8은 90° 굽힘부를 갖는 형성된 물품의 사시도이다.
도 9는 2개의 90° 굽힘부를 갖는 형성된 물품의 사시도이다.
도 10은 2개의 45° 굽힘부를 갖는 형성된 물품의 사시도이다.
본 발명의 부가적인 특징과 장점이 아래에 설명되어 있고, 적어도 상기 특징과 장점은 당업자라면 본 명세서의 상세한 설명으로부터 또는 본 명세서에 기재된 바와 같은 본 발명을 실시함으로써 명확하게 알 수 있을 것이다.
일 실시예에 있어서, 형성된 물품의 제조 방법은 점성-탄성 특성을 갖는 재료 시트를 제공하는 단계를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 재료가 유리나 또는 유리-세라믹과 같은 유리-함유 재료이다. 일 실시예에 있어서, 재료의 시트는 얇으며, 예를 들면, 0.3 mm 내지 1.5 mm 범위의 두께를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 재료의 시트의 열 팽창 계수는 5 ppm보다 크다. 특정된 두께와 열 팽창 계수를 갖는 다양한 타입의 유리가 일 실시예에서 사용될 수 있다. 일례의 적당한 유리가 미국 뉴욕에 위치한 Corning Incorporated의 code 2317로 이용가능한 GORILLA 유리이다. 여러 실시예에 있어서, 적당한 유리가 이온-교환가능한 알카리-함유 유리인 것이 바람직하다. 이온-교환가능한 알카리-함유 유리는 Li+ , Na+, 또는 이들 모두와 같은 작은 알칼리 이온을 함유한 구조체를 구비한다. 이들 작은 알카리 이온이 이온-교환 공정 동안에, K+와 같은 보다 큰 알칼리 이온에 대해 교환될 수 있다. 예시적인 적당한 이온-교환가능한 알카리-함유 유리가 Corning Incorporated가 출원한 미국 특허출원번호 제11/888213호, 제12/277573호, 제12/392577호, 제12/393241호, 및 제12/537393호에 개시된 바와 같은 알카리-알루미노실리케이트 유리이며, 이들 특허문헌 모두는 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다. 이들 알카리-알루미노실리케이트 유리가 비교적 낮은 온도와 적어도 30 ㎛의 깊이에서 이온-교환될 수 있다. 이전에 언급된 GORILLA 유리가 상업적 실시되는 이온-교환가능한 알카리-함유 유리이다.
일 실시예에 있어서, 재료의 시트가 평탄한 형태로 제공된다. 유리-함유 재료의 시트에 대해, 오버플로 융합 하향인발 공정이나 또는 플로트 공정과 같은, 평탄한 유리를 만들기 위한 임의의 적당한 방법이 사용될 수 있다. 도 1a에 있어서, 재료 시트(100)는 지지부(102) 상에 배치된다. 도 1a의 실시예에 있어서, 지지부(102)는 재료 시트(100)가 지지되는 평탄한 표면(104)을 구비한다. 재료 시트(100)가 지지부(102) 상에 배치되어, 상기 재료 시트(100)의 일부가 상기 지지부(102)로부터 돌출하거나 또는 외팔보식으로 된다. 재료 시트(100)는 적어도 하나의 "개질가능한 영역"(106) 및 적어도 하나의 "개질불가한 영역"(108)을 구비한다. 개질가능한 영역은 3-차원 형상으로 형성될 재료 시트의 영역이다. 전형적으로, 3-차원 형상은 특정 곡률 반경을 갖는 굽힘부를 포함할 것이다. 개질불가한 영역은 3-차원 형상으로 형성되지 않을 재료 시트의 잔여 영역이다. 일반적으로, 개질가능한 영역은 개질불가한 영역과 연속일 것이다.
도 1a에 도시된 실시예에 있어서, 개질가능한 영역(106)은 지지부(102)를 돌출시키고 상기 지지부(102)와 접촉하지 않는다. 그러나, 지지부(102)와 관련된 개질가능한 영역(106)의 다른 장치가 가능하다. 예를 들면, 도 1b에 도시된 실시예에 있어서, 개질가능한 영역(106)은 지지부(102b)의 부분(102a)과 겹쳐진다. 부분(102a)은 개질가능한 영역(106)이 3-차원 형상으로 형성되기 전에 상기 부분(102a)의 표면과 상기 개질가능한 영역(106) 사이에 실질적인 접촉이 없도록 라운드처리된다. 개질가능한 영역(106)이 3-차원 형상으로 형성될 때, 부분(102a)의 표면과 상기 개질가능한 영역(106) 사이에 접촉이 있을 수 있다. 이러한 경우, 부분(102a)의 표면(103)의 재료가 적당하게 선택되어 상승된 온도에서 지지부(102b)의 상기 부분(102a)과 개질가능한 영역(106) 사이의 점착(stickiness)을 피할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에 더하여, 개질가능한 영역(106)은 성형되어 형성될 물품으로 요구되는 바와 같은 재료 시트(100) 상의 어느 곳에나 위치될 수 있다.
재료 시트(100)가 지지부(102) 상에 위치하는 동안, 개질가능한 영역(106) 및 개질불가한 영역(108) 모두, 즉, 전체 재료 시트가 도 1c에 도시된 바와 같이, 제 1 점도 범위에 대응하는 제 1 온도 범위로 가열된다. 도 1c에 있어서, 가열기(109)가 재료 시트(100)의 일반화되거나 전반적인 가열에 사용된다. 다양한 타입의 가열기(109)가 가스 버너, 저항식 필라멘트, 및 플라즈마 토치처럼 사용될 수 있다. 유리-함유 재료의 시트(100)에 대하여, 제 1 온도 범위가 재료 시트에서의 광학 품질 결함이나 또는 상기 재료 시트의 변형을 피하는데 충분히 낮지만, 그러나 이후 집중(localized) 가열이 개질가능한 영역(106)에 적용될 때 팽창 부적합(dilatation mismatch)에 의한 재료 시트의 파손을 피하는데 충분히 높다. 일 실시예에 있어서, 제 1 점도 범위가 6 x 109 Poise보다 더 크다. 제 1 점도 범위의 상한은 1012 Poise일 수 있다.
재료 시트(100)를 제 1 온도 범위로 가열한 이후에, 개질가능한 영역(106)은 제 2 점도 범위에 대응하는 제 2 온도 범위로 국부적으로 가열된다. 일 실시예에 있어서, 제 2 점도 범위의 상한은 제 1 점도 범위의 하한보다 낮다. 아래 기재된 부가적인 설명은 재료 시트(100)가 시트 유리-함유 재료라는 상황을 기초로 한다. 일 실시예에 있어서, 제 2 점도 범위의 상한은 109 Poise이다. 일 실시예에 있어서, 제 2 점도 범위는 108 Poise 내지 109 Poise이다. 일 실시예에 있어서, 제 2 온도 범위는 유리-함유 재료의 성형 온도이고, 바람직하게는 유리-함유 재료의 연화점 아래이며, 더욱 바람직하게는 유리-함유 재료의 어닐링 점과 연화점 사이이다. 일 실시예에 있어서, 제 2 온도 범위가 유리-함유 재료의 연화점 아래의 적어도 10 ℃이다.
개질가능한 영역(106)이 제 2 점도 범위에 있는 경우, (i) 상기 개질가능한 영역(106)은 3-차원 형상으로 개질되고, (ii) 개질불가한 영역(108)은 실질적으로 제 1 점도 범위에서 유지되며, 그리고 (iii) 상기 개질불가한 영역(108)은 실질적으로 평탄하게 유지된다. 개질하는 단계는 개질가능한 영역(106)이 중력에 의해 간단하게 처지게 할 수 있는 단계를 포함할 수 있다. 개질하는 단계는 즉, 개질가능한 영역(106)이 처짐을 개시하기 전이거나 또는 상기 개질가능한 영역(106)이 처지게 하는 동안에, 상기 개질가능한 영역(106)에 진공을 가함으로써, 상기 진공에 의한 상기 개질가능한 영역(106)의 처짐을 조력하는 단계를 포함할 수 있다. 개질하는 단계는 도 1a, 도 2, 및 도 3에서 부재번호 112로 도시된 바와 같이, 개질가능한 영역(106)의 외측이나, 또는 도 1b에서 부재번호 112로 도시된 바와 같이, 상기 개질가능한 영역(106)의 경계 부근에 있어서, 재료 시트(100)의 영역의 상기 재료 시트(100)에 외력을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 경계 "부근"에 외력을 가하는 것은 상기 경계에 외력을 가하는 가능성을 포함한다. 일반적으로, 특히 개질가능한 영역(106)이 제 2 온도 범위에 있는 동안에, 상기 개질가능한 영역(106)에 결함을 발생시킬 수 있는 물체와, 상기 개질가능한 영역(106)(또는 개질가능한 영역(106)의 품질 영역)의 접촉을 피하는 것이 바람직하다.
개질가능한 영역(106)을 제 2 온도 범위로 가열하면서, 상기 개질가능한 영역(106)에 가해진 열이 상기 개질가능한 영역(106)을 넘어 잘 퍼질 수 있다. 이러한 경우에, 얼마나 많은 열이 개질가능한 영역(106)을 넘어 퍼질 수 있는지를 제한하는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 제 2 온도로 가열된 재료 시트(100)의 총 영역(예를 들면, 도 1a에서의 107) 대 개질가능한 영역(106)의 비는 1.5보다 크지 않으며, 여기서 상기 총 영역이 개질가능한 영역과 겹쳐진다. 다른 일 실시예에 있어서, 제 2 온도로 가열된 재료 시트(100)의 총 영역(예를 들면, 도 1a에서의 107) 대 개질 영역(106)의 비는 1.2보다 크지 않고, 여기서 상기 총 영역은 개질가능한 영역과 겹쳐진다. 얼마나 많은 열이 개질가능한 영역(106)을 넘어 퍼지는 것을 제한하기 위하여, 상기 개질가능한 영역(106)에 가열된 열이 바람직하게 촛점맞춰진다. 이러한 촛점맞춰진 가열을 달성하기 위한 2개의 가열 장치가 아래 기재되어 있다.
일 실시예에 있어서, 대류 가열은 개질가능한 영역(106)의 국부 가열을 달성하도록 사용된다. 일 실시예에 있어서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 대류 가열은 가스 버너(110)를 사용하여 개질가능한 영역(106) 상에 열을 향하게 하여 달성된다. 대류 가열 때문에, 가스 버너(110)는 개질가능한 영역(106)에 대한 고 국부 가열율을 강요할 수 있다. 2개의 화학종(chemical species)의 화합물에 기초한 사전혼합된 가스는 가스 버너에 공급될 수 있다. 가스상의 화학종의 화합물의 실시예는 수소와 산소, 메탄과 산소, 및 메탄과 공기를 포함하지만 이들로 한정되지 않는다. 다른 일 실시예에 있어서, 대류 가열은 가열된 가스를 개질가능한 영역(106)에 나아가게 함으로써 달성된다. 가열된 가스는 가스상의 화학종의 화합물일 수 있지만 아닐 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 방사성 가열은 개질가능한 영역(106)의 국부 가열을 달성하도록 사용된다. 도 1b 및 도 2는 촛점맞춤식 방사성 가열 장치(201)를 나타낸 도면이다. 도 1b 및 도 2에 있어서, 저항-타입의 가열기(200)가 개질가능한 영역(106)의 가열을 위해 상기 개질가능한 영역(106) 상에 위치된다. 저항-타입의 가열기(200)에 의해 만들어진 최대 방사 에너지를 수집하기 위하여, 고-온도 타원형 미러(202)와 같은, 즉, 고-온도 재료로 만들어지고 타원형 형상을 갖는 미러와 같은 하나 이상의 광학 부재가 저항-타입의 가열기(200)에 의해 발생된 방사 에너지를 개질가능한 영역(106) 상에 촛점맞춰지도록 사용된다. 미러(202)는 2개의 촛점을 갖는다. 하나의 촛점은 저항-타입의 가열기(200)의 장소에 위치되고, 그리고 다른 하나의 촛점은 개질가능한 영역(106)의 표면상에나, 또는 상기 표면 근방에 위치된다. 저항-타입의 가열기(200)로부터 미러(202)에 의해 수용된 방사 에너지가 반사되고 그리고 개질가능한 영역(106)의 중앙에 촛점맞춰진다. 우수한 반사 특성을 얻기 위하여, 고 온도에서 저 방사율을 나타내는 다양한 재료가 미러(202)에 대해 사용될 수 있다. 실시예는 플래티늄이나 또는 플래티늄-코팅된 내화 합금을 포함하지만, 이들로만 한정되는 것은 아니다.
도 3은 촛점맞춤식 방사성 가열 장치(301)를 나타낸 도면이다. 저항-타입의 가열기(300)가 고-온 또는 내열성 쉴드(306)의 단열 챔버(302)(단열 재료가 304에 나타남)에서 둘러싸여진다. 쉴드(306)가 일 실시예에 있어서 금속이나 또는 세라믹 내화 재료로 만들어진다. 저항-타입의 가열기(300)로부터의 열이 개질가능한 영역(106) 상에 위치된 가열 쉴드(306)의 개구(308)를 통해 상기 개질가능한 영역(106)으로 나아가게 된다. 개구(308)의 형상은 개질가능한 영역(106)의 형상과 맞춰지도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 개질가능한 영역(106)이 직사각형의 형상을 취한다면, 개구(308)는 또한 직사각형의 형상을 취할 수 있다. 또한 상기 기재한 대류 가열에 의한 쉴드 개념을 사용할 수 있으며, 즉, 이 경우 버너로부터의 열이나 또는 가열된 가스가 적당한 고-온도 또는 내열성 쉴드의 개구를 통해 개질가능한 영역(106)으로 나아가게 된다.
도 2와 도 3에서의 저항식 가열기(200, 300)가 Hereaus Noblelight mid-IR 가열기와 같은 중-적외선 가열기일 수 있으며, 상기 가열기는 석영 유리 포위부(envelope)에 둘러싸인 신속한 응답 및 저항 부재를 구비하고, 상기 포위부는 저항 부재의 오염물질로부터 재료 시트를 보호할 수 있다.
도 4 및 도 5는 2개의 상이한 타원형 미러(400, 500)로 4kW/m에서 30초의 복사 가열 이후에 (도 1b 및 도 2에서 201로 지시된 것과 유사한) 촛점맞춤식 방사성 가열 장치에 의해 얻어진 온도 분포의 실시예를 나타낸 도면이다. 도 6은 도 4의 복사 가열 장치를 사용하여 30초 동안 시트의 개질가능한 영역을 가열한 이후의 시트의 열 프로파일(600)을 나타낸 도면이다. 개질가능한 영역에 대응하는 열 프로파일(600)의 부분은 박스(602)로써 지시된다. 도 7은 개질가능한 영역을 제 2 점도 범위로 가열한 이후에 유리-함유 재료의 시트의 표면에 따른 유리-함유 재료의 시트의 열 프로파일(700)과 이에 대응하는 점도 프로파일(702)을 나타낸 도면이다. 개질가능한 영역에 대응하는 프로파일(700, 702)의 부분은 부재번호 704로 전반적으로 지시되어 있다.
지지부(도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 2, 및 도 3에서 102)의 재료는 재료 시트(100)가 가열될 온도를 견딜 수 있고 그리고 또한 이들 온도에서 상기 재료 시트로 점착되지 않을 수 있다. 개질가능한 영역(106)이 도 1a, 도 1c, 도 2, 및 도 3에 도시된 바와 같이, 지지부(102)와 접촉하지 않는 제 1 예시에서, 상기 지지부의 재료는 단지 상승된 온도를 견딜 수 있고 제 1 온도 범위에서 점착을 피할 수 있도록 요구되어 진다. 이처럼, 이러한 제 1 예시에서 지지부(102)에 대해 사용될 수 있는 재료 범위의 폭이 넓어진다. 이러한 제 1 예시에서의 지지부(102)에 대한 재료의 실시예는 스테인레스 스틸, 내화 합금, 및 세라믹을 포함하지만, 이들로만 한정되는 것은 아니다. 개질가능한 영역(106)이 도 1b에 도시된 바와 같은 지지부(102)(102b)와 접촉하는 제 2 예시에서, 상기 지지부(102)(102b)에 대한 재료에 대해 여러 한정이 있다. 개질가능한 영역(106)과 접촉할 수 있는 지지부(102b)의 부분(102a)이 상승된 온도를 견딜 수 있고 제 2 온도 범위에서의 점착성을 피할 수 있다. 이러한 제 2 예시에서, 부분(102a)은 INCONEL 718 또는 스테인레스 스틸과 같은 고-온도 재료로 만들어질 수 있다. 선택적으로, 상이한 열 팽창 작용을 하는 재료로 지지부(102b)를 반드시 만들어야 하는 것을 피하기 위하여, 상기 지지부(102b)의 부분(102a)의 표면이 제 2 온도 범위에서 사용하도록 선택된 적당한 고-온도 (비-점착) 코팅으로 코팅될 수 있다.
개질가능한 영역(106)을 제 2 점도 범위에 대응하는 제 2 온도 범위로 가열한 이후에, 상기 개질가능한 영역(106)이 선택된 3-차원 형상으로 국부적으로 개질된다. 이전에 기재된 바와 같이, 개질가능한 영역을 개질하는 다양한 방법이 있다. 도 1a 내지 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 외력이 재료 시트를 선택된 각도 만큼 개질가능한 영역(106)에서 구부리도록, 부재번호 112로 나타낸 바와 같은, 재료 시트에 가해진다. 도 1b에서, 지지부(102b)는, 개질가능한 영역(106)에서 날카로운 내측 표면을 갖는 굽힘부가 형성되는 것을 피하거나 또는 라운드 처리된 엣지(103)가 상기 개질가능한 영역(106)에서의 굽힘을 제어할 수 있도록, 부재번호 103으로 지시된 바와 같은, 상기 개질가능한 영역(106)과 접촉하게 되는 엣지에서 라운드처리된다.
도 8은 상기 기술한 방법에 의해 그리고 개질가능한 영역(106)의 국부 가열을 위해 도 1a의 대류 가열을 사용하여 성형된, 형성된 물품(800)을 도시한 도면이다. 형성된 물품은 개질가능한 영역에서 90°의 2-mm 반경 굽힘부(802)를 구비한다. 도 9는 개질가능한 영역의 국부 가열을 위한 도 2의 촛점맞춤식 방사성 가열 장치를 사용하고 상기 기재된 방법에 의해 성형된, 형성된 물품(900)을 나타낸 도면이다. 형성된 물품(900)은 2개의 개질가능한 영역에서 2개의 90°의 5-mm 반경 굽힘부(902, 904)를 갖는다. 도 10은 개질가능한 영역의 국부 가열을 위한 도 3의 촛점맞춤식 방사성 가열 장치를 사용하고 상기 기재된 방법에 의해 성형된, 형성된 물품(1000)을 나타낸 도면이다. 형성된 물품은 2개의 개질가능한 영역에서 2개의 45°의 30-mm 반경 굽힘부(1002, 1004)를 구비한다. 일반적으로, 30° 내지 90° 범위의 굽힘 각도를 갖는 굽힘부가 변형될 수 있다. (설명을 위해 도 1a을 사용하여, 굽힘 각도가 수평에 대해 측정된다. 따라서, 90°의 굽힘 각도는 지지부(102)에 반드시 수직한 개질가능한 영역(106)에 대응할 수 있고, 그리고 0°의 굽힘 각도(즉, 굽힘 각도가 없음)는 상기 지지부(102)에 반드시 평행한 개질가능한 영역(106)에 대응할 수 있다.)
개질가능한 영역(106)이 형성된 이후에, 재료 시트(100)가 냉각될 수 있다. 유리-함유 재료에 대하여, 재료 시트(100)는 전형적으로 유리-함유 재료의 점도가 대략적으로 1013 Poise이거나 이를 초과하는 온도 범위까지 냉각될 수 있다. 형성된 개질가능한 영역을 포함한 재료 시트는 형성된 물품으로 지시될 것이다. 형성된 물품은 어닐링될 수 있다. 형성된 물품의 엣지가 마감처리되거나, 트리밍 가공되거나 또는 윤곽형성될 수 있어, 최종 크기나 또는 형상이 얻어진다. 형성된 물품은 이온-교환 공정으로 처리될 수 있다. 전형적으로, 이온-교환 공정은 알카리 금속의 염(salt)을 포함한 용융 욕에 형성된 물품을 침지시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 알카리 금속이 상기 형성된 물품의 유리-함유 재료에 함유된 알카리 금속 이온 반경보다 더 큰 이온 반경을 갖는다. 용융 욕에서의 보다 큰 알카리 금속 이온이 형성된 물품의 유리-함유 재료에서의 보다 작은 알칼리 금속 이온을 대체하여, 상기 형성된 물품의 표면이나 그 근방에서의 바람직한 압축성 스트레스를 야기시킨다. 이온-교환 이후에, 형성된 물품의 표면은 얼룩-방지(anti-smudge) 코팅으로 보호될 수 있다.
본 발명이 한정된 여러 실시예와 관련하여 기재되어 있지만, 본 발명의 특징을 이해하고 있는 당업자라면 본 명세서에 개시된 본 발명의 범주 내에서 여러 다른 실시예가 실시될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 수 있다.

Claims (15)

  1. 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 재료 시트를 제공하는 단계;
    (b) 제 1 점도 범위에 대응하는 제 1 온도 범위로 상기 재료 시트의 개질가능한 영역 및 개질불가한 영역을 가열하는 단계;
    (c) 제 2 점도 범위에 대응하는 제 2 온도 범위로 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역을 순차로 가열하는 단계; 및
    (d) 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역을 처지게 하거나 상기 개질가능한 영역의 경계 근처나 그 외측으로 상기 재료 시트에 외력을 가하는 것 중 적어도 하나로써, 선택된 형상으로 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역을 개질하는 단계를 포함하고,
    상기 개질가능한 영역이 상기 제 2 온도 범위에 있는 동안에, 상기 개질가능한 영역에 결함을 발생시킬 수 있는 물체와, 상기 재료 시트의 개질가능한 영역의 접촉을 피하는 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    단계 (c)에 있어서, 상기 제 2 온도 범위로 가열된 상기 재료 시트의 총 영역 대 상기 제 2 온도 범위로 가열된 상기 개질가능한 영역의 비는 1.5 이하이고, 여기서 상기 총 영역은 상기 개질가능한 영역과 겹치는 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    단계 (a)에서 제공된 상기 재료 시트의 두께의 범위는 0.3 mm 내지 1.5 mm인 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 재료 시트는 5 ppm 이상의 열 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 점도 범위의 하한은 6 x 109 Poise보다 큰 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 점도 범위는 108 poise 내지 109 Poise인 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 재료 시트의 상기 개질불가한 영역 및 상기 개질가능한 영역은 연속이고, 단계 (a)에서의 상기 재료 시트는 평탄하며, 그리고 단계 (d) 이후에, 상기 개질불가한 영역은 평탄하게 유지되는 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 선택된 형상은 굽힘부를 포함하는 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 방법.
  9. 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 기기 장치로서,
    상기 재료 시트의 개질가능한 영역이 지지부로부터 돌출되도록 상기 재료 시트를 유지하기 위한 상기 지지부로서, 상기 개질가능한 영역이 선택된 형태로 개질된 후에도 상기 지지부가 상기 개질가능한 영역과 접촉하지 않는 상기 지지부; 및
    상기 재료 시트가 상기 지지부에서 유지되면서, 선택된 점도 범위에 대응하는 선택된 온도 범위로 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역을 국부적으로 가열하기 위한 가열 장치;를 포함하고,
    상기 가열 장치는 열원과, 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역 상에 상기 열원으로부터의 열을 촛점맞추는 부재를 포함하고,
    상기 열을 촛점맞추는 부재는:
    (a) 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역 상에서 열을 반사시키기 위한 타원형 미러를 포함한 광학 부재; 및
    (b) 상기 열원이 배치됨과 더불어, 상기 재료 시트의 상기 개질가능한 영역 상에 열을 촛점맞추기 위한 개구에서 종결되는 단열 챔버를 구비한 내열성 쉴드를 포함하는 쉴드 부재;로 이루어진 그룹에서 선택되는, 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 기기 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 열원은 저항식 가열기인 것을 특징으로 하는 형성된 물품으로 재료 시트를 구부리기 위한 기기 장치.
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