KR101885860B1 - 곡면 글라스 제조장치 - Google Patents

Abstract

글라스 소재의 양측을 곡면 가공하기 위한 곡면을 가지는 하부 금형과, 하부 금형의 상부에 승강 이동 가능하게 설치되는 상부 금형과, 상부 금형의 하부에 설치되며 하강시 하부 금형에 놓인 글라스 소재를 밀착 가압하는 탄성판 및, 탄성판의 양측을 가압하여 탄성판이 탄성 변형되면서 하부 금형에 놓인 글라스 소재를 곡면에 대응되는 형상으로 변형되도록 가압하는 탄성판 가압유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 글라스 제조장치가 개시된다.

Description

곡면 글라스 제조장치{AN APPARATUS FOR MANUFACTURING CURVED GLASS}

본 발명은 곡면 글라스 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대용 전자기기의 커버 글라스를 곡면으로 성형 가공하여 제조하는 곡면 글라스 제조장치에 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 폭 방향으로 유선형으로 형성된 글라스가 사용되고 있으며, 최근에는 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙부분은 평판 형이고, 양쪽 테두리부분만 곡면을 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(하부 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 제조하게 된다.

그런데 상기와 같은 종래의 곡면 글라스 성형방법에 의하면, 금형 자체를 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.

또한, 상기와 같이 비금속 금형 즉, 흑연재질의 금형을 사용하게 될 경우, 곡면 가공된 글라스 소재의 표면 거칠기가 심해서 이후에 반드시 폴리싱 가공공정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.

이러한 폴리싱 가공공정은 곡면 글라스 제조공정 중에서 가장 많은 가공시간을 필요로 하는 것으로 알려졌으며, 평균적으로 단일 글라스 소재를 폴리싱가공하는데 소요되는 시간이 대략 40분 내외 걸리는 것으로 알려져 있다.

때문에, 폴리싱 가공공정에 의해 생산성이 낮아지고, 비용이 상승하고, 시설비용이 상승하는 문제점이 있었다.

한편, 이러한 점을 감안하여 금속 재질의 금형을 사용할 수도 있으나, 이 경우 금속재질의 금형이 글라스 소재를 큰 압력으로 누를 경우, 전사 효과 등에 의해 글라스표면이 매끄럽지 못하므로 폴리싱 가공을 해야만 하는 문제점이 있다.

위해서 이러한 폴리싱 가공공정시간을 단축하지 않고는 곡면글라스 가공시간은 물론, 생산성을 향상시키는데 어려움이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1121449호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 폴리싱 공정을 생략하거나 최소화할 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있도록 개선된 곡면 글라스 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 곡면 글라스 제조장치는, 글라스 소재의 양측을 곡면 가공하기 위한 곡면을 가지는 하부 금형; 상기 하부 금형의 상부에 승강 이동 가능하게 설치되는 상부 금형; 상기 상부 금형의 하부에 설치되며, 하강시 상기 하부 금형에 놓인 글라스 소재를 밀착 가압하는 탄성판; 및 상기 탄성판의 양측을 가압하여 상기 탄성판이 탄성 변형되면서 상기 하부 금형에 놓인 글라스 소재를 상기 곡면에 대응되는 형상으로 변형되도록 가압하는 탄성판 가압유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이로써, 폴리싱 공정을 생략할 수 있도록 표면이 매끄럽게 글라스 소재를 곡면 가공할 수 있다.

여기서, 상기 탄성판은, 상기 상부 금형의 하면에 결합되는 탄성판 몸체; 상기 탄성판 몸체의 하면에 소정 두께로 코팅 형성되어 상기 글라스 소재를 접촉 가압하는 코팅층;을 포함하는 것이 좋다.

이로써, 곡면 글라스의 표면을 매끄럽게 가공할 수 있는 금형을 오랜 시간 반복 사용할 수 있어 장치의 유지관리 비용을 절감하고, 교체에 다른 생산성 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상기 코팅층은 테프론 재질로 형성된 것이 좋다. 이로써, 글라스 소재의 표면을 매끄럽게 가공할 수 있고, 압착시의 전사 현상을 방지할 수 있게 되어, 폴리싱 공정의 필요성을 현저하게 낮출 수 있다.

또한, 상기 탄성판 가압유닛은, 상기 탄성판의 양측부를 가압하여 상기 글라스 소재에 밀착시켜 곡면 가공하는 한 쌍의 곡면 가공금형; 및 상기 곡면 가공 금형을 2축 방향으로 각각 왕복 이동시켜서, 상기 곡면 가공 금형이 상기 탄성판을 가압하여 변형시킬 수 있도록 하는 한 쌍의 사이드 액추에이터;를 포함하는 것이 좋다.

이로써, 상부 및 하부 금형의 양 사이드에서 곡면 가공 금형을 구동시켜서 탄성판을 밀착 가압함으로써, 탄성판에 의해 글라스 소재가 밀착 가압되어 곡면 가공되도록 할 수 있다.

또한, 상기 사이드 액추에이터는, 액추에이터 본체; 상기 액추에이터 본체의 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 제1축 액추에이터; 상기 제1축 액추에이터에 연결되어 상하 왕복 이동되며, 상기 곡면 가공 금형을 지지하여 상기 하부 금형 쪽으로 접근 및 이격되도록 왕복 구동시키는 제2축 액추에이터;를 포함하는 것이 좋다.

본 발명의 곡면 글라스 제조장치에 의하면, 곡면 가공할 글라스 소재를 밀착 가압하여 곡면 가공할 상부 금형이 탄성판을 설치하여 글라스 소재에 밀착되도록 함으로써, 금형에 의한 전사문제를 해결할 수 있게 된다.

따라서 글라스 소재의 표면을 매끄럽게 가공할 수 있게 되어, 이후의 글라스 소재의 폴리싱 가공공정을 생략하거나, 폴리싱 가공시간을 획기적으로 단축할 수 있다. 그로 인해, 글라스 소재의 가공시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 제조 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.

도 1은 성형된 3D 곡면 글라스를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 글라스 제조장치 나타내 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 상태에서 하부 금형에 글라스 소재를 장착한 상태를 보인 도면이다.
도 4는 도 3의 상태에서 상부 금형이 하강된 상태를 나타내 보인 도면이다.
도 5는 사이드 엑추에이터를 구동하여 곡면 가공 금형이 탄성판에 접근한 상태를 보인 도면이다.
도 6은 도 5의 상태에서 곡면 가공 금형을 이동시켜 탄성판이 변형되도록 하여 글라스 소재를 곡면 가공하는 상태를 보인 도면이다.
도 7은 글라스 소재를 곡면 가공 후에 상부 금형과 곡면 가공 금형을 원위치시킨 상태를 보인 도면이다.
도 8은 사이드 액추에이터를 설명하기 위한 구성도이다.

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

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 곡면 글라스 제조장치(100)는, 하부 금형(110), 상부 금형(120), 상부 금형(120)의 하부에 결합되는 탄성판(130), 탄성판 가압유닛(140)을 구비한다.

상기 하부 금형(110)은 가공 챔버(200)의 내부 바닥에 고정 설치된다. 이러한 하부 금형(110)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 상면에 가공할 글라스 소재(10)가 안착되는 안착면(111)이 마련된다 안착면(111)은 수평면(112)과, 수평면(112)의 양측에서 글라스 소재(10)의 양측 테두리를 곡면 가공하기 위한 가공 곡면(113)을 가진다.

상기 상부 금형(120)은 가공 챔버(200)의 내부의 상부 즉, 하부 금형(110)의 상부에서 상하로 이동 가능하게 설치된다. 즉, 상부 금형(120)은 승강 엑추에이터(121)에 지지되어 상하로 이동 가능하게 설치되며, 승강 엑추에이터(121)에 연결되어 함께 승강 이동되는 가압부(123)에 의해 하부 금형(110) 쪽으로 가압 될 수 있다.

상기 가압부(123)는 상부 금형(120)의 상부에 설치되는 가압스프링(123a)과 상기 가압스프링(123a)을 압축 및 이완시키기 위한 스프링 가압실린더(123b)를 구비할 수 있다.

여기서 상기 상부 금형(120)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 상기 승강 액추에이터(121)와 가압부(123)는 다양한 예가 적용될 수 있으며, 특정한 구성에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

상기 상부 금형(120)의 하부에는 탄성판(130)이 설치된다. 이 탄성판(130)은 하부 금형(110)과 마주하도록 상부 금형(120)에 설치되고, 상부 금형(120)의 양측 테두리로부터 더 연장되도록 즉, 상부 금형(120)의 폭보다 큰 폭을 가진다.

상기 탄성판(130)은 상부 금형(120)의 하면에 결합되는 탄성판 몸체(131)와, 탄성판 몸체(131)의 하면에 소정 두께로 코팅 형성되어 글라스 소재(10)를 접촉 가압하는 코팅층(133)을 가진다. 상기 탄성판 몸체(131)는 상부 금형(120)의 양쪽 테두리로부터 돌출되게 연장된 돌출편(130a)이 탄성을 가진다. 즉, 상기 돌출편(130a)은 외력에 의해 탄력적으로 변형되었다가, 외력이 제거되면 다시 원위치 복귀될 수 있다.

상기 코팅층(133)은 탄성판 몸체(131)의 하면에 소정 두께로 테프론을 코팅하여 형성될 수 있다. 이와 같이, 테프론 재질로 코팅층(133)을 형성하게 되면, 글라스 소재(10)를 가압하여 곡면 가공시에, 전사되는 현상이 없으며, 코팅층(133)의 표면을 매끄럽게 준비할 수 있으므로, 글라스 소재(10)를 곡면 가공 후에 글라스 소재(10)의 표면을 매끄럽게 유지되도록 할 수 있다. 즉 테프론 재질의 코팅층(133)을 탄성판 몸체(131)의 하면에 마련하게 되면, 종래와 같이 금속재질의 금형이 글라스 소재(10)의 표면을 직접 접촉 가압할 때 발생하는 전사현상을 방지할 수 있다. 또한, 금속 재질보다는 테프론 재질의 코팅면이 더욱 매끄럽게 가공할 수 있기 때문에, 글라스 소재(10)를 접촉 가압한 후에, 글라스 소재(10)의 표면이 매끄러운 상태를 유지하도록 할 수 있게 되어, 곡면 가공된 글라스 소재(10)의 표면을 폴리싱 가공하는 공정을 생략할 수 있거나, 폴리싱 가공을 하더라도 폴리싱 가공시간을 현저하게 단축시킬 수 있다.

상기 탄성판 가압유닛(140)은 한 쌍이 하부 금형(110)을 사이에 두고 양측에 대칭되게 설치된다. 탄성판 가압유닛(140)은 상기 탄성판(130)의 양측부 즉, 돌출편(130a)을 가압하여 상기 글라스 소재(10)에 밀착시켜 곡면 가공하는 곡면 가공금형(141), 상기 곡면 가공 금형(141)을 각각 탄성판(130) 쪽으로 접근 및 이격시키기 위한 한 쌍의 사이드 액추에이터(143)를 구비한다.

상기 곡면 가공 금형(141)은 사이드 액추에이터(143)에 의해 2축 방향 즉, 45도 각도로 전 후진 이동 및 승강 이동된다. 이러한 곡면 가공 금형(141)은 하부 금형(110)의 가공 곡면(113)에 대응되는 이동경로를 따라 이동하면서 상기 탄성판(130)의 돌출편(130a)을 접촉 가압한다. 이러한 곡면 가공 금형(141)의 가압면(141a)은 곡면으로 라운드지게 형성된다.

상기 사이드 액추에이터(143)는 액추에이터 본체(143a)와, 액추에이터 본체(143a) 내부에서 승강 구동하는 제1축 액추에이터(143b)와, 상기 제1축 액추에이터(143)에 연결되어 대략 45도 각도로 전 후진 구동되는 이동되는 제2축 액추에이터(143c)를 구비한다.

상기 제1축 액추에이터(143b)는 승강 리니어모터 또는 유압실린더를 포함할 수 있다.

상기 제2축 액추에이터(143c)는 하부금형(110) 방향으로 접근 및 이격되게 왕복 구동되는 유압실린더를 포함할 수 있다. 즉, 제2축 액추에이터(143c)는 대략 45각도 방향으로 왕복 구동되면서 곡면 가공 금형(141)을 하부금형(110)의 가공 곡면(113) 쪽으로 접근 및 이격시킨다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 글라스 제조장치(100)를 이용하여 곡면 글라스를 제조하는 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 금형(120)이 하부 금형(110)과 이격된 상태에서 글라스 소재(10)는 미리 예열되어 준비되고, 하부 금형(110)도 글라스 소재(10)보다 낮은 온도로 미리 예열된다.

이 상태에서 예열된 글라스 소재(10)가 이송되어 도 3과 같이, 하부 금형(110)에 장착된다.

이때 글라스 소재(10)는 미도시된 정렬가이드에 의해 가이드 되어 하부 금형(110)에 정확하게 정렬되어 안착될 수 있다.

다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 금형(120)이 하강하여 글라스 소재(10)를 접촉 가압한다. 즉, 상부 금형(120)을 하강하여 압착하면, 탄성판(130)의 코팅층(133)이 글라스 소재(10)에 접촉되어 압착하고 있는 상태가 된다.

이러한 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이, 사이드 액추에이터(143)를 구동하여 곡면 가공금형(141)이 탄성판(130)의 돌출편(130a) 상부에 위치하도록 한다.

도 5와 같이 곡면 가공 금형(141)이 돌출편(130a)의 상부에 위치한 상태에서 제1 및 제2액추에이터(143b)(143c)를 동시에 동작시켜서 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 금형(110)의 가공 곡면(113) 곡률에 대응되는 동선으로 이동하도록 곡면 가공 금형(141)을 이동시킨다. 그러면, 제1 및 제2액추에이터(143b,143c)에 의해 곡면 가공 금형(141)이 탄성판(130)의 돌출편(130a)을 가압하게 되고, 돌출편(130a)이 탄성 변형되면서 글라스 소재(10)의 양 테두리를 하부 금형(110)의 가공 곡면(113)에 밀착시켜 곡면 가공한다.

이와 같은 상태에서 일정 기간 도 6과 같은 상태를 유지하면서 서냉시키게 되면, 글라스 소재(10)의 양 테두리가 곡면 가공된다.

그리고 서냉 과정이 종료되면, 도 7과 같이 상부 금형(120)을 상승시켜서 원위치시키고, 곡면 가공 금형(141)은 사이드 액추에이터(143)로 초기위치로 복귀시킨다. 그러면 곡면 가공된 글라스 소재(10')가 상부 금형(110)의 상부에 남게 된다.

또한, 사이드 액추에이터(143)가 초기위치로 복귀하게 되면, 탄성판(130)의 돌출편(130a)은 곡면 가공 금형(141)에 가압되었던 힘이 해제되어 탄성 복원되어 평평한 상태로 복원된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 곡면 글라스 제조장치에 의하면, 상부 금형(110)에 탄성판(130)을 설치하여 곡면 가공할 글라스 소재(10)를 접촉 가압하여 곡면 가공하도록 구성함으로써, 상부 금형(120)이 직접 글라스 소재(10)에 접촉할 경우에 글라스 소재(10)의 거칠기가 커지고, 전사현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 탄성판(130)의 표면을 매끄럽게 가공할 수 있고, 전사 현상을 방지할 수 있도록 테프론 코팅층(133)을 형성함으로써, 곡면 가공된 글라스 소재(10')의 표면을 폴리싱 가공할 필요가 없게 되며, 필요에 따라서 폴리싱 가공을 하더라도 폴리싱 공정시간을 현저하게 단축시킬 수 있다.

따라서 글라스 소재(10)의 가공 및 제조시간을 단축할 수 있게 되어, 제조비용을 낮출 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

즉, 앞서 설명한 바와 같이, 종래에는 폴리싱 공정에 소요되는 시간이 1개당 대략 40분 정도 소요되는데, 본 발명의 경우 폴리싱공정을 생략하거나, 폴리싱공정시간을 현저하게 줄일 수 있으므로, 실질적으로 곡면 글라스 가공시간을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

또한, 탄성판(130)은 탄성복원력을 가지는 것으로서, 오랜 시간 반복 사용이 가능하므로 금형 교체시기도 늘릴 수 있게 되어 설비의 유지 관리 비용을 절약할 수 있는 이점이 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..곡면 글라스 제조장치 110..하부 금형
120..상부 금형 130..탄성판
140..곡면 가공금형 150..탄성판 가압유닛

Claims (5)

1. 글라스 소재의 양측을 곡면 가공하기 위한 곡면을 가지는 하부 금형;
   상기 하부 금형의 상부에 승강 이동 가능하게 설치되는 상부 금형;
   상기 상부 금형의 하부에 상기 상부 금형보다 넓은 면적을 가지도록 상기 상부 금형의 테두리에서 더 연장되어 돌출되도록 설치되며, 하강시 상기 하부 금형에 놓인 글라스 소재를 밀착 가압하는 탄성판; 및
   상기 탄성판의 상기 상부 금형의 테두리보다 넓게 확장된 양측을 가압하여 상기 탄성판의 가압되는 양측이 탄성 변형되면서 상기 하부 금형에 놓인 글라스 소재를 상기 곡면에 대응되는 형상으로 변형되도록 가압하는 탄성판 가압유닛;을 포함하고,
   상기 탄성판은 상기 탄성판 가압유닛의 가압력이 해제되어 분리시 판 형상으로 복원되는 것을 특징으로 하는 곡면 글라스 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성판은,
   상기 상부 금형의 하면에 결합되는 탄성판 몸체;
   상기 탄성판 몸체의 하면에 소정 두께로 코팅 형성되어 상기 글라스 소재를 접촉 가압하는 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 글라스 제조장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 코팅층은 테프론 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 곡면 글라스 제조장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성판 가압유닛은,
   상기 탄성판의 양측부를 가압하여 상기 글라스 소재에 밀착시켜 곡면 가공하는 한 쌍의 곡면 가공금형; 및
   상기 곡면 가공 금형을 수평 및 수직축 방향으로 각각 왕복 이동시켜서, 상기 곡면 가공 금형이 상기 탄성판을 가압하여 변형시킬 수 있도록 하는 한 쌍의 사이드 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 글라스 제조장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 사이드 액추에이터는,
   액추에이터 본체;
   상기 액추에이터 본체의 내부에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 제1축 액추에이터;
   상기 제1축 액추에이터에 연결되어 상하 왕복 이동되며, 상기 곡면 가공 금형을 지지하여 상기 하부 금형 쪽으로 접근 및 이격되도록 왕복 구동시키는 제2축 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 글라스 제조장치.

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