KR101969271B1 - 강화 유리의 기계적 스코링 및 분리 - Google Patents

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Abstract

강화된 유리시트는 제어된 깊이의 하나 또는 그 이상의 벤트 라인을 유리시트 표면에 기계적으로 스크라이빙함으로써 손상되지 않은 시트 세그먼트로 분리되며, 스크라이빙된 라인의 깊이는 시트 분리를 효과적으로 하는데 불충분하여, 이후 다수의 시트 세그먼트로 효과적으로 분리하기 위해 벤트 라인을 가로질러 일정한 굽힘 모멘트를 인가하며, 벤트 라인은 유리시트의 에지에 인접하여 형성된 표면 만입부를 포함하는 균열 개시부로부터 스크라이브된다.

Description

강화 유리의 기계적 스코링 및 분리{MECHANICAL SCORING AND SEPARATION OF STRENGTHENED GLASS}
본 출원은 2010년 3월 19일에 출원된 미국 가출원 제61/315491호의 35 U.S.C. §119(e) 하에서 우선권의 이점을 청구한다.
본 출원은 일반적으로 강화 유리시트를 더 작은 시트 부분으로 자르고 분리하는 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 바람직하지 않은 시트 파손없이 강화 유리 기판을 기계적으로 절단하고 분리하는 방법에 관한 것이다.
화학적 강화 유리시트는 소비자 전자 장치를 위한 보호 커버 유리를 포함하여 폭넓게 적용되어 사용되고 있다. 화학적 강화에 사용된 이온-교환 공정은 표면 내손상성의 바람직한 증가를 제공하지만, 동시에 유리 두께에 걸친 중간 섹션에 인장 응력을 발생시키는 유리 표면에 압축 응력의 층을 생성한다.
현재 실시되고 있는 화학적 강화 유리시트 구성요소를 얻기 위하여, 구성요소는, 비강화(비이온 교환된) 유리시트로부터 바람직한 구성요소의 최종형상으로, 시트 부품으로서 먼저 절단되고, 부분 에지와 형상이 심미적 목적과 기능적 목적을 만족시키도록 마무리된다. 그러므로, 유리 구성요소는, 최적으로 상승된 온도에서 그리고 요구되는 표면 강화 효과를 제공하는 유리 두께에 걸쳐 공학적으로 설계된 응력 프로파일을 전개시키는데 충분한 시간 동안에, 시트 부분을 이온-교환 배쓰(bath)에 침지시킴으로써 이온-교환 강화 공정을 겪게 된다. 이 후 구성요소는 배쓰로부터 제거되고 추가적인 공정을 위해 세정된다.
화학적 강화 유리에 대한 적용이 일체형 터치 스크린을 구비한 장치와 같은, 이머징 기술을 커버하도록 넓어짐에 따라, 디스플레이 제조사는 최종 구성요소의 다양한 크기 및 형상의 최종 구성요소로 절단하기 위해, 더 큰 유리시트에 제공될 이온-교환 유리를 필요로 한다. 터치 스크린 장치의 기능성을 유지하도록 사용된 구성요소의 수를 줄이고, 제조 비용을 줄이기 위하여, 중간부터 큰 크기의 유리 판넬에 대한 절단 및 분리 공정 단계가 이온-교환 강화를 사전에 받는 판넬에 수행되는 것이 점차 필요하다.
작은 정보 디스플레이 판넬 및 큰 정보 디스플레이 판넬에 사용된 얇은 인발 유리시트의 종류를 포함하는, 유리시트를 절단하기 위한 현재 이용가능한 기계적 방법 및 공정들은, 많은 화학적 강화 유리의 비교적 큰 취성 때문에, 유리 균열의 발생없이 이온-교환-강화된 유리의 절단에 현재 성공적으로 채용되지 않고 있다. 따라서, 화학적 강화 유리의 효과적인 절단 및 분리를 가능하도록, 현재 워터젯(water-jet) 절단 공정 및 소위 "워터-에칭" 공정과 같은 특별한 공정에 초점이 맞춰져 관심이 증대되고 있다. 그러나, 이러한 많은 공정들은 시간이 많이 걸리고 비싸서, 비교적 깨지기 쉬운 화학적 강화 유리시트를 사전결정된 크기와 형상의 시트 부분으로 분리하는데 경제적으로 매우 효과적인 방법에 대한 필요성이 남아있다.
본 발명은 일반적으로 강화 유리시트를 더 작은 시트 부분으로 자르고 분리하는 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 바람직하지 않은 시트 파손없이 강화 유리 기판을 기계적으로 절단하고 분리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라, 큰 시트의 화학적으로 강화된 유리를 사전결정된 크기 및 형상의 더 작은 강화된 시트 부분으로 자르고 분리하는 방법이 제공된다. 향상된 분리 기술과 관련하여, 경제적인 기계적 스코링 공정 파라미터는, 높은 레벨의 압축성 표면 응력을 갖는 얇은 유리시트에서 조차도 깨끗한 시트 분리를 안전하게 할 수 있다. 게다가, 개시된 방법들은 현재 존재하는 제조 환경에 용이하게 사용되도록 채택될 수 있다.
그러므로, 제1 특징으로서, 본 발명은, 시트 분리 또는 파손 없이, 강화된 유리시트를 스크라이브하기 위한 방법을 포함한다. 이러한 방법들은, 우선, 시트의 제1 에지에 인접한 위치에서, 유리시트의 제1 표면에서 균열 개시부를 형성한다. 유리시트는 주어진 깊이(깊이 "DOL")의 표면 압축 층을 갖는 화학적으로 강화된 시트이며, 시트의 제1 에지 부근의 위치에 형성된 균열 개시부는 제1 표면으로 확대되는 표면 만입부(surface indentation)를 포함한다.
다음은 균열 개시부의 형성 다음에, 제1 표면은, 표면에 벤트 라인(vent line)을 스크라이브하기 위해, 균열 개시부로부터 시트의 대향 에지와 같은 유리시트의 제2 에지쪽으로 기계적으로 스코어된다. 본 발명의 목적을 위해, 벤트 라인은 특정 깊이로 표면을 개방하는 시트 표면에 형성된 만입부 라인이다. 본 발명에 따라, 벤트 라인은 깊이(DOL)와 적어도 동일한 벤트 깊이까지, 그러나 균열 깊이 이하로 시트의 제1 표면으로 뻗어있는데, 이는 즉, 깊이가 시트 부분이나 여러 다른 부분으로 유리시트의 자발적이고 완전한 분리를 야기시킨다는 것이다.
제2 특징으로서, 본 발명은 표면 압축 층들을 포함하는 화학적으로 강화된 유리 시트를 두 개 또는 그 이상의 시트 세그먼트로 분리하는 방법을 제공한다. 이러한 방법들은 상기 설명 및/또는 다른 적합한 공정에 따라 제공된 벤트 라인을 사용한다. 이러한 방법에 따라, 벤트 라인이 먼저 시트의 제1 표면에 제공되고, 상기 벤트 라인은 표면 압축 층의 깊이(예를 들어, 깊이 "DOL")와 적어도 동일한 벤트 깊이까지, 그러나 유리시트의 분리를 일으키는 균열 깊이 보다 작게 표면으로 뻗어있다. 그러므로 일정한 굽힘 모멘트는 제1 표면 상의 벤트 라인을 가로질러 가해지며, 상기 굽힘 모멘트는 유리시트를 벤트 라인에 따른 유리 세그먼트로 분리시키도록 충분한 크기를 갖는다. 상기 언급된 바와 같은 균열 개시부 위치는 원한다면 분리 효율성을 증가시키기 위해 벤트 라인 끝부에 제공될 수 있다. 현재 개시된 방법의 다른 특징들이 첨부된 도면을 참조하여, 부분적으로 아래에 나타나 있다.
본 발명은 바람직하지 않은 시트 파손없이 강화 유리 기판을 기계적으로 절단 및 분리할 수 있다.
도 1과 도 1a는 화학적 강화 유리시트의 에지 부근의 균열 개시부의 기계적 형성을 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 2는 강화된 유리시트를 다수의 시트 부분으로 분리하기 위한 크리스-크로싱(criss-crossing) 벤트 라인의 배치를 나타낸 도면이고;
도 3은 유리시트 분리 어셈블리 위에 지지된 스크라이브된 유리시트에 3점 굽힘 응력을 가하기 위한 순응하는(compliant) 지지 시트를 포함한 유리시트 분리 어셈블리의 배치를 나타낸 도면이고;
도 4는 본 발명의 방법에 따라 제조된 유리시트 부분의 균열 면의 한 부분의 도면이고; 그리고
도 5는 선택된 공정 변수의 함수로서 나타난 방법의 분리 효율성을 비교한 도면이다.
비록, 본 명세서에 개시된 방법들이 더 작은 시트 유리 세그먼트로의, 폭넓게 다양한 시트 유리 물품 및 재료의 세그먼트화에 전반적으로 적용가능 할지라도, 본 명세서에 더욱 상세하게 기재된 바와 같은 이러한 방법의 특정 실시예들이 예를 들면, 심각한 사용 상태에 놓인 정보 디스플레이에 대해 현재 요구되고 있는 것처럼, 매우 강화된 강성의 유리를 스크라이브하고 세그먼트하는데 특히 효과적인 파라미터의 특정 범위로 경계가 결정된 처리 단계를 병합한다. 따라서, 아래 기재된 상세한 설명과 예시적인 실시예들은 특히 이러한 실시예를 특히 나타내며, 개시된 방법의 실시로 제한되지 않는다.
화학적으로 강화된 유리시트는 기본적으로 그 두께 전체에 걸쳐 공학적으로 설계된 응력 프로파일을 갖는 유리 기판이며, 화학적 강화의 과정에서, 시트의 표면부는 높은 레벨의 압축 응력을 받게 되고 내부 부분은 인장 응력을 받게 된다. 1.5mm를 초과하지 않는 두께를 갖는 유리시트는 이때 400-900MPa의 범위에서 최고 압축응력과 5-100㎛의 범위의 압축 층(DOL)의 깊이를 갖는 표면 압축 층을 포함하는 경우, 정보 디스플레이 적용에 채용되는 전형적인 시트를 구비한다. 따라서, 이들 시트는 현재 개시된 시트 분리 방법이 특히 경제적이고 기술적 이점을 제공하는 기술적 재료의 중요한 카테고리를 포함한다.
LCD 디스플레이 기판에 사용된 것과 같은 큰 유리시트의 분리에 대해 전개된 기술들을 사용하는 이러한 시트의 스코링은 전형적으로 유리 균열을 초래한다.
이론에 따르면, 스코링 힘이 표면 압축 응력을 극복하는데 충분하고 인장 응력을 받는 물품의 내부의 중앙으로 균열시키는데 충분한 이온 교환된 강화된 유리 물품에 가해질 때, 균열은 물품의 파손을 초래하도록 제어불가능하게 자발적으로 간단하게 전파한다.
그러나, 개시된 방법의 선택된 실시예에 따라, 적절하게 선택된 외형(geometry)을 갖는 접착성의 스코링 휠은, 바람직하지 않은 시트 분리나 파손 없이 잔여 표면 압축 응력을 극복할 수 있는 제어된 기계 손상을 시작하는데 사용된다. 특정 실시예에서, 적당하게 테이퍼진 원주방향의 스코링 에지를 갖는 2mm 직경의 다이아몬드 스크라이브 휠은 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 특정 예시로서, 90-140°또는 심지어 110-115°범위의 엣지 테이퍼 각을 갖는 스크라이브 휠은 400-900 MPa의 범위의 최대(외측 표면) 압축 응력을 갖는 이온-교환 유리의 1.1mm 두께 시트에서, 특히, 압축 응력을 받는 표면 층이 5-100㎛의 범위에서 층 깊이(DOL)를 갖는 경우에, 비균열 전파 벤트 라인의 성공적인 스크라이브에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 휠 테이퍼 각은, 스크라이브 공정 동안에 유리시트의 자가-분리를 일으킴 없이, 유리의 10-20%만큼 동일한 중간 균열 깊이(벤트 깊이)를 제공할 수 있다.
이러한 범위 내의 임의의 특정 휠 테이퍼 각의 선택은 벤트 라인 스코링을 위해 선택된 특정 스코링 속도와 스코링 휠 힘(유리 표면에 대한 응력 레벨)에 의해 안내될 수 있다. 적당한 스코링 파라미터의 설명된 실시예로서, 50-500mm/s 범위의 스코링 속도와 10-30N 범위의 스크라이브 부하(예를 들어 스코링 속도는 150mm/s이며 스크라이브 부하의 범위는 18-21N 임)가 사용될 수 있다.
그러나, 개시된 방법의 선택된 실시예에 따라, 적합하게 선택된 외형을 갖는 접착 스코링 휠이 원하지 않는 시트 분리 또는 파손 없이 남아있는 표면 압축 응력을 극복할 수 있는 제어된 기계적 손상을 시작하도록 사용된다. 특정한 실시예에서, 적당하게 테이퍼진 원주방향 스코링 엣지를 갖는 2 mm 직경의 다이아몬드 휠이 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 특정 실시예로서, 90-140°또는 심지어 110-115°범위의 엣지 테이퍼 각을 갖는 스크라이브 휠은 400-900 MPa의 범위의 최대(외측 표면) 압축 응력을 갖는 이온-교환 유리의 1.1mm 두께 시트에서 특히, 압축 응력을 받는 표면 층이 5-100㎛의 범위의 총 깊이(DOL)를 갖고 중앙 장력(CT)의 레벨이 50 MPa보다 작은 경우에, 비균열 전파 벤트 라인의 성공적인 스크라이브에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 휠 테이퍼 각은 스크라이브 공정 동안에 유리시트의 자가-분리를 일으킴 없이 유리 두께의 10-20%만큼 동일한 중간 균열 깊이(벤트 깊이)를 제공할 수 있다.
효과적인 균열 개시 장소를 제공하는 적합하게 형성된 표면 만입부는, 이러한 균열 개시부로부터 유리시트의 대향 에지까지 벤트 라인을 넓히는데 사용되는 바와 같이, 동일한 스코링 휠(즉, 스코링 수단)을 사용하여 형성될 수 있다. 일반적으로 이러한 균열 개시 장소는 깊이에서 유리시트 두께의 약 10% 보다 작은 깊이(h)의 표면 만입부를 생성하도록 설정된 스코링 휠 높이에서, 시트를 에지 스코링하거나 에지-크러싱(edge-crushing)함으로써 생성된다. 테이퍼진 휠 에지와 유리시트의 표면 사이의 수직 높이 차이에 대한 직접 제어(close control)는 이러한 만입부 깊이를 제어하는데 필요하다.
특정 실시예에서, 만입부 깊이(h)는 DOL < h < 3DOL의 범위에 속하며, 여기서 DOL은 강화된 유리시트에 제공된 표면 압축 층의 깊이이다. 상기 범위에서, 만입부는 시트의 에지로부터 안쪽으로 단지 짧은 거리로 뻗어있을 필요가 있다.
또한, 상대적으로 낮은 스크라이브 속도의 사용은 균열 개시 장소에서의 표면 손상과 에지 레벨의 제어에 유용하다. 따라서, 시트에서의 진행 스크라이브 벤트 라인에서 자발적인 시트 균열 및 시트 분리를 야기시킬 수 있는 이러한 개시 장소로부터 과도한 균열 전파를 피하기 위해, 균열 개시 스크라이브 속도는 일반적으로 벤트 라인 스코링을 위해 채용된 스크라이브 속도보다 mm/sec로 보다 더 느릴 것이다. 최종 표면 만입부의 크기 및 형상은 달라질 수 있으나, 만입부로부터 뻗어있는 방사상의 균열이 없는 "극히-작은(half-penny)" 또는 "세미-원형" 결함 형태의 만입부 형상은 대부분의 스크라이브 및 분리 조건하에서 우수한 결과를 제공한다.
도면의 도 1과 도 1a는 개시된 방법에 따라 화학적으로 강화된 유리시트(10)의 에지 근방의 균열 개시 장소를 제공하는 단계를 개략적으로 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 적합한 균열 개시 장소를 형성하는 깊이(h)의 표면 만입부(12)는 회전 연마 스코링 휠(20)을 사용하는 시트의 에지와 상부 표면(10a)으로 잘린다. 이 목적으로 채용된 휠은, 도 1a에서의 휠(20)로 나타난 바와 같이, 테이퍼각(α)을 갖는 테이퍼진 원주방향 절단 에지(22)를 갖는다. 휠(20)이나 이와 비슷한 스코링 휠은, 예를 들어, 상기 언급된 절단 에지 테이퍼각(α), 스코링 속도 및 스코링 부하를 갖는 스코링 휠을 사용하여, 시트(10)와 같은 유리시트의 상부 표면을 가로지르는 비슷한 균열 개시 장소로부터 뻗어있는 사전 결정된 깊이의 벤트 라인을 스크라이브하는데 사용될 수 있다.
공개된 기계 스코링 방법은 특정 실시예를 포함하며, 이 특정 실시예에서 다수의 균열 개시 장소로부터 뻗어있는 다수의 벤트 라인은 유리시트의 제1 표면에서 스크라이브된다. 이들 실시예 중 여러 실시예에서, 적어도 하나의 벤트 라인이 시트의 표면에서 적어도 하나의 다른 벤트 라인을 교차한다. 크리스-크로싱 벤트 라인의 경우에 또는 이와 달리, 하나의 유용한 접근법은, 유리시트의 더 긴 치수를 가로지르는 처음 스크라이브 방향을 정렬시키는 것이며, 시트의 더 짧은 치수를 가로지르는 크로싱 벤트 라인을 형성하는 것이다. 따라서, 유리시트가 너비 W와 상기 너비 W보다 더 큰 길이 L을 갖는 경우에, 기계적 스코링 단계는 길이 L에 평행한 방향에 따른 다수의 균열 개시 장소로부터 다수의 이격된 벤트 라인을 먼저 스크라이브하는 단계를 포함한다. 이어지는 기계 스코링은 이 후 시트 너비 W에 평행한 방향으로 비슷한 균열 개시 장소로부터 하나 또는 그 이상의 벤트 라인을 크로스 스크라이브하는 단계를 포함한다.
도면의 도 2는 화학적으로 강화된 유리시트(30)를 개략적으로 나타내고 있으며, 이 도면에서 다수의 벤트 라인(34)은 시트 상부면(30a)으로 스크라이브 되어 있다. 시트(30)는, 시트 길이 L이 시트 너비 W보다 더 길게 형성된다. 공개된 스크라이브 방법의 특정 실시예에 따른 상기 시트에서의 크리스 크로싱 벤트 라인(34)의 스크라이브에 있어서, 기계 스코링은 시트의 길이 L에 평행한 벤트 라인을 형성하도록 먼저 안내된다. 남아있는 벤트 라인의 크로스 스크라이브는 이 후 시트의 너비 W와 평행하게 놓인 방향 2로 기계적 스코링에 의해 수행된다. 고 레벨의 크로스 컷 코너와 세그먼트 엣지 품질은 이러한 특정 크로스 스크라이브 접근법을 사용하여, 시트로부터 분리된 유리 세그먼트에 고정된다.
화학적으로 강화된 유리의 스크라이브된 시트를 강화된 시트 세그먼트로 분리하기 위한 것의 목적으로서, 핸드 브레이커 보다는 기계적 브레이커 장치가 채용된다. 일반적으로, 핸드 브레이킹은 스크라이브된 시트의 너비를 가로질러 그리고 길이를 따라 충분히 일정한 굽힘 응력을 생성할 수 없어, 균열 이탈과 이에 따른 시트 파손 위험의 발생없이, 하나의 시트 에지로부터 다른 한 시트 에지까지의 균열 전파를 가이드한다.
기계적 브레이커 암은 이러한 라인의 전체 길이에 따른 스크라이브 라인을 가로지르는 일정한 굽힘 모멘트/분리 힘을 가할 수 있다. 게다가, 규모에 대한 닫힌 제어와 가해진 굽힘/분리 힘의 적용 율과 크기를 넘는 직접 제어는 이러한 수단들을 통해 고정될 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 벤트 라인이 구비된 시트의 제어된 분리에 대해 채용된 굽힘 력의 정도는 유리의 두께와 탄성 특성과 같은 변수에 따라 결정될 것이며, 응력 프로파일은 강화된 시트의 두께, 및 벤트 라인의 깊이와 너비에 걸쳐 나타난다. 그러나, 임의의 특정 케이스에 선택될 특정 굽힘 률과 힘은 일상적인 실험에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
선택된 굽힘 력은 캔틸레버 빔 굽힘 또는 3-점 굽힘에 의해 가해질 수 있으나, 모든 경우에, 유리 표면에 제공된 벤트 라인을 가로질러 인장 응력을 전개시키는데 효과적인 방향으로 가해진다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 시트 분리 방법의 특정 실시예의 일례로서, 10-35 MPa이나 더 좁은 범위의 20-25 MPa의 인장 굽힘 응력이 사용될 것이다. 3-점 굽힘에서, 인장 응력은 제1 표면과 마주하는 유리시트의 제2 표면에 기계 응력을 적용함으로서 생성된다.
개시된 분리 방법의 특히 3-점 굽힘 실시예에서, 스크라이브된 시트는 시트에 기계 브레이킹력을 가하는 동안에, 순응의 지지 표면에서 지지된다. 시트는 지지 표면을 마주하는 벤트 라인을 갖는 지지부 상에 배치되며, 기계 브레이킹력은 이 후 벤트 라인을 마주하는 시트 표면 상의 시트에 가해진다.
순응의 지지 표면에 대한 3-점 굽힘을 포함하는 브레이킹 방법에 있어서, 벤트 라인을 통한 시트의 원하는 굽힘과 파단은 지지 표면에서 표면 홈을 제공함으로써 선호된다. 이러한 실시예에서의 시트 표면의 벤트 라인은, 기계적 힘이 가해지는 동안에, 시트 편향을 용이하게 하기 위해 지지 표면의 홈부와 정렬되어 상기 홈부 상에 위치된다.
도면의 도 3은 기재된 바와 같은 순응의 지지 표면을 사용하는 3-점 굽힘에서의 브레이킹을 통해 시트 분리를 고정하기 위한 배치를 개략적으로 나타낸 분해도를 나타낸다. 도 3에 보여지는 바와 같이, 시트의 밑면(40a)에 다수의 크리스 크로싱 벤트 라인(44)을 포함한 유리시트(40)는 순응의 지지 표면(50a)을 포함한 지지 부재(50)에 배치된다. 지지 표면(50a)은 유리시트(40)의 밑면에 하위세트의 벤트 라인(44)의 간격에 대응하는 홈부 간격을 갖는 홈부(50b)의 배치를 통합한다. 브레이커 바(60)는 유리시트(40)의 밑면(40a)의 최좌측 벤트 라인(44)과 순응의 지지 표면(50a)의 최좌측 홈부(50b) 모두와 정렬되어 유리시트(40)의 윗면 위에 배치된다.
개시된 어셈블리의 부재가 서로 접촉될 때, 브레이커 바는 시트(40)의 윗면에 하향힘(F)을 가함으로서 최좌측 벤트 라인(44)에 따른 유리시트(40)의 분리에 영향을 미칠 수 있다. 이 힘은 순응의 지지 부재(50)의 홈부(50b)로 아래방향으로 시트(40)의 구부러짐을 통해 최좌측 벤트 라인(44)을 가로질러 인장 응력을 생성하여, 시트의 3-점 굽힘에 의해 야기된 시트 분리를 초래한다. 몇몇 실시예에서, 브레이커 바(60)에 의해 하향력을 받지 않는 크로스 벤트된 유리시트(40)의 이들 부분들은 유리시트(40)에 폭넓게 가해진 일정한 클램핑 압력의 적용을 통해 그리고 도 3의 영역 A와 같이 나타난 클램핑 영역 상에 아래에 놓인 순응의 지지부재(50)를 통해 안정화될 수 있다.
개시된 방법의 선택된 실시예의 실행에 유용한 공정 파라미터와 장치 명세의 변동성은 아래 기재된 상세한 설명에 나타난다. 여러 경우에 있어, 스크라이브 효율성에 영향을 주는 한 고려사항은 스크라이브된 벤트 라인을 형성하기 위한 연마 스코링 휠의 회전 선택과 관련된다. 보다 급 경사의 휠 테이퍼 각, 예를 들어 110-125°범위의 테이퍼 각은 비교적 작은 직경, 즉 2-4mm 범위의 직경의 휠로 효과적으로 채용될 수 있다. 폴리싱에 의해 마무리된 표면에 대향하는 바와 같은 연삭된 연마 휠 표면은 매우 압축된 유리 표면의 스크라이브에 특히 적합하며 상업적으로 이용가능하다. 연마 스코링 휠이나 다른 스코링 실행을 하기 위한 재료는 텅스텐 카바이드와 다이아몬드를 포함하며, 이러한 다이아몬드는 단일의 크리스탈 또는 폴리크리스탈린 다이아몬드(PCD) 중 하나를 포함한다. 지고(Zygo) 백색 광 인터페로미터(interferometer)에 의해 측정된 0.25㎛(+/-0.15㎛)의 범위의 스코링 휠 표면 마감은 우수한 결과를 제공한다.
적합하게 선택된 스코링 속도 및 스크라이브 부하와 관련하여 이러한 휠의 사용은 스크라이브 공정 동안에 전체-바디 시트 분리를 막는 것을 도우며, 분리된 표면에 인접한 표면 치핑(chipping) 최소화를 돕는다. 강화된 시트를 스크라이브 테이블에 배치시키기 위해 컴퓨터로 제어된 비전(vision) 시스템의 사용은 적절한 시트 정렬과 벤트 라인 등록 및 이격을 보장하는데 유용하다.
상기 언급된 바와 같이, 유리두께의 10-20%의 범위에서 중간 균열 깊이를 갖는 벤트 라인을 생성하는데 적합한 스크라이브 부하와 속도는 일반적으로 스크라이브 중에 시트 분리를 피하고 그리고 연속적으로 가해진 굽힘 응력 하에서 일정한 시트 분리를 보장하는데 효과적이다. 벤트 라인 깊이의 우수한 제어의 목적으로서, 스크라이브 부하의 증가만큼 오프셋되는 스크라이브 속도의 증가가 중간 균열 깊이의 동등한 범위를 생성한다는 것으로 일반적으로 알려졌다.
아래 표 1은 이러한 효과의 일례를 제공한다. 표 1은 스크라이브 속도와 부하의 특정 범위를 커버하는 데이터이며, 각각의 경우에 자발적인 시트 분리보다는 제어된 분리를 달성하기 위한, 각각의 세트의 스크라이브 상태의 효율성에 관한 지시를 포함한다. 표 1의 데이터는 600-750 MPa의 범위의 피크 압축 표면 응력 레벨, 40MPa 보다 작은 피크 중앙 인장 레벨, 및 25-40㎛의 범위의 표면 압축 층의 깊이를 갖는 1.1mm 두께의 이온-교환 강화 유리시트의 스크라이브 동안 생성된 결과를 나타낸다. 안정된 크리스-크로싱 벤트 라인을 초래하는 스크라이빙 상태는 XC 표시기에 의해 확인되는 한편으로, 안정한 평행 벤트 라인을 초래하는 상태는 S 표시기에 의해 확인된다. 스크라이브 동안의 시트 분리의 바람직하지 않은 레벨을 초래하는 상태는 표에서 FS 표시기로써 확인된다.
표 1 - 스크라이브 공정 상태
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Figure 112018050660189-pat00001
물론, 임의의 특정 경우에 있어서, 자발적인 시트 분리 및/또는 과도한 표면 손상 없이 벤트 라인을 생성하는데 가장 효과적인 스크라이브 상태는 화학적 강화 과정에서 강화된 시트의 두께를 가로질러 전개된 특정 공학적으로 설계된 응력 프로파일뿐 아니라 유리 두께에 따라 결정될 것이다. 개시된 방법의 특정 예시적인 실시예에서, 1.1mm 두께의 이온-교환된 강화 유리시트는 400-850Mpa의 범위의 피크 압축 표면 응력 레벨, 40 Mpa를 초과하지 않는 피크 중앙 응력 레벨, 및 10-70㎛의 범위의 압축 층의 깊이를 갖고, 그리고 14-24N의 스크라이브 부하 범위와 50-750mm/s의 스크라이브 속도 내에서 효과적으로 스크라이브될 수 있다. 125-250 mm/s 범위의 스크라이브 속도에서, 16-21N의 스크라이브 부하 범위 내에서의 스크라이브는 이러한 유리에서 120-180㎛ 범위의 중간 균열 깊이를 생성할 수 있다.
공개된 시트 분리 공정을 적용한 특정 예시적인 실시예는 도면의 도 5에 제공된다. 도 5는 650MPa의 표면 압축 응력, 30Mpa의 중앙 장력 레벨 및 46㎛의 압축 층의 깊이를 갖는, 1.1mm 두께의 강화된 유리시트의 스크라이브 및 분리에 적용가능한 공정 윈도우를 그래프로 나타낸다. 이러한 시트의 처리 동안 채용된 스크라이브 부하는 그래프의 수평축에 MPa로 나타낸 스코링 압축을 나타내는 한편으로, 최종 벤트 라인 깊이는 수직 그래프 축에 mm로 나타내어진다. 나타내어진 벤트 깊이는 스코링 압력의 함수 뿐만 아니라 스크라이브 속도(이들은 나타내어진 결과에 대해 250-500mm/sec의 범위에 속함)의 함수로 변한다.
도 5에 나타난 공정 범위 내의 시트 분리 효율성은 그래프에서 세 영역 중 하나로 나타나며, 이들 세 영역은 데이터 영역에서 레벨 A,B 및 C로 나타난다. 영역 A는 제한된 시트 분리성의 처리 영역에, 즉, 세그먼트 브레이킹 또는 분리 에지 손상없이 분리의 레벨이 매우 높은 영역에 대응한다. 영역 C는 스코링 또는 스코링된 시트 처리 동안에 자발적인 시트 분리의 발생이 과도한 처리 영역에 대응한다. 따라서, 이 특정 두께와 응력 프로파일의 강화된 유리시트에 대한 깨끗한 시트 분리 및 스코어된 시트 안정성에 의한 결과가 그래프의 영역 B 내에 속한 것들에 대한 처리 상태를 한정함으로써 확보된다.
더 큰 치수의 적절하게 스크라이브된 유리시트로부터의 강화된 유리시트 세그먼트의 효과적인 분리는, 적합한 응력 범위에서 장력 브레이킹 응력을 생성하는 스코어된 시트에 대한 굽힘 모멘트의 적용시 부분적으로 결정된다. 본 명세서에 개시된 시트 분리 방법의 전형적인 실시예에서, 약 10-35 MPa의 범위의 인장 응력은, 시트 두께와 벤트 라인 깊이의 비교적 넓은 범위에 대한 지속적인 시트 분리를 제공하는데 효과적이다. 따라서, 1.1mm 두께의 이온-교환된 강화된 시트에 대하여, 벤트 라인을 가로지르는 20-30 MPa의 범위에서 가해진 인장 응력이 효과적이다.
순응하는 지지 표면에 대한 3-점 굽힘의 지속적인 시트 분리를 실현하기 위한 적절한 응력 레벨의 선택은, 강화된 시트의 벤트 라인과 정렬된 표면에서 표면 홈부의 존재와 형상에 따라 부분적으로 결정된다. 홈부 깊이의 적당한 범위는, 아래 기재된 식을 사용해 추정될 수 있으며, 상기 식은 강화된 유리가 탄성 계수(E)를 갖고, 가해진 굽힘 응력(σf)의 적용으로부터 초래되는 유리시트 두께(t)의 편차(δ)에 관한 것이다:
δ =σf L2 / 6Et
아래의 표 2는 세 개의 서로 다른 두께의 강화된 유리시트에 대한 2 레벨의 굽힘 응력의 적용으로부터 초래될 수 있는 계산된 시트 편차를 나타낸다. 굽힘 응력 또는 브레이킹 응력은 MPa로, 유리시트 두께는 mm로, 각각의 주어진 시트 두께 및 굽힘 응력에서의 시트 편차는 ㎛로 나타난다. 3-점 굽힘에서 스크라이브된 시트 분리에 영향을 미치는 순응의 지지 표면을 제공하기 위한 실리콘 엘라스토머와 같은 순응의 지지 재료를 사용하면, 200㎛ 보다 더 큰 홈부 너비와 조합하여 2mm 보다 큰 홈부 깊이가 1.1mm 보다 큰 시트 편차를 수용할 수 있다는 것이 계산될 수 있다.
표 2 - 유리시트 편차
Figure 112018050660189-pat00002
캔틸레버 또는 3-점 굽힘 하의 시트 분리 연속성은 또한, 굽힘력이 유리에 가해진 속도에 의해 영향을 받을 수 있다. 적합한 분리 속도의 선택은 가해진 분리력의 레벨과 시트 두께에 따라 결정될 것이고, 더 두껍고 더 단단한 유리시트는 더 낮은 속도에서 가해진 더 큰 힘 레벨로부터 유리하게 되고, 그리고 더 유연한 시트가 더 높은 속도에서 더 작은 굽힘 력의 적용으로부터 유리하게 된다. 나타난 예시로써, 400-850 MPa의 범위에서의 압축 표면 응력과 100-225 ㎛의 범위에서 스크라이브된 벤트 깊이를 갖는 1.5mm 이하의 두께의 화학적으로 강화된 유리시트의 분리는, 10-35 Mpa의 범위에서 가해진 응력에서 일반적으로 영향을 받을 수 있다. 가해진 응력이 캔틸레버 빔 부하 하에서 진행되는 브레이커 바를 통해 생성될 때, 지속적인 시트 분리는 브레이커 바 접촉 라인과 벤트 라인 사이에서 3-10 mm 사이의 모멘트 암 길이 또는 바 오프셋에서 0.02 인치/min를 초과하는 바 진행 율로 달성될 수 있다.
상기 언급된 방법의 실시예를 사용하는 강화된 유리시트 분리의 나타난 실시예는 아래 기재된 단지 예시적인 실시예에 나타난다.
예시
두개의 강화된 유리시트 타입은 공정을 위해 선택된다. 두개의 샘플은 1.1 mm 시트 두께의 코닝 Gorilla® 글래스 시트를 포함한다. 하나의 시트 샘플은 33 MPa의 계산된 시트 중앙 인장을 갖고, 30 ㎛ 두께 및 750 MPa 레벨의 표면 압축 응력의 표면 압축 층을 포함한다. 다른 시트는 36 ㎛ 두께 및 625 MPa 레벨의 표면 압축 응력과, 또한 33 MPa의 계산된 시트 중앙 장력을 갖는 표면 압축 층을 포함한다.
이러한 두 개의 유리시트에서, 크기면에서 370mm X 470mm의 각각의 시트는 네개의 동일한 크기의 더 작은 시트 세그먼트로 분리하기 위해 선택되며, 각각의 세그먼트는 크기가 135mm X 235mm 이다. 이러한 목적을 위해, 각각의 시트는 상업용 연마 유리 절단 장치, 즉, 미국 아리조나 주에 위치한 TLC International, Phoenix로부터 상업적으로 구입가능한 Gen-3 TLC Phoenix-600®의 유리 절단 기기를 사용하여 아래 기재된 절차에 따라 기계적으로 스크라이브 한다. 유리시트의 표면을 스코링하기 위해 사용된 연마 절단 휠은 테이퍼 각도 110˚의 DCW-TX 2.0 x 0.65 x 0.8 x 110˚ A140 테이퍼진 절단 휠이다.
각각의 유리시트의 균열 개시 장소를 제공하기 위하여, 시트는 유리시트 표면의 레벨 아래의 레벨 0.0035 인치 또는 90 ㎛로 연마 스코링 휠 위치를 오프셋시킴으로써, 먼저 "에지-크러싱(edge-crushed)된다". 균열 개시 장소로부터 뻗어있고 네 개의 더 작은 세그먼트로 각각의 시트를 나누는데 적합한 크로싱 벤트 라인은 이 후 각각의 시트의 표면으로 스크라이브된다. 스크라이브는 약 0.11-0.13 MPa 범위의 스크라이브 압력 하에서 실행되며, 이러한 압력은 스코링 휠에서 16-20N 범위의 측정된 힘에 대응한다. 두 개의 시트에 대한 목표 벤트 깊이는 140-175㎛ 의 범위에 속한다.
채용된 스크라이브 속도는, 30㎛의 압축 층 깊이를 갖는 시트에 대해 250mm/s이고, 36㎛ 압축 층 깊이를 갖는 시트에 대해 125mm/s이다. 제1 스크라이브 방향은 각각의 시트의 긴 치수에 평행하며, 제2 또는 크로싱 스크라이브 방향은 각각의 시트의 짧은 치수에 평행하다.
각각의 시트에서 크로싱 벤트 라인의 기계가공에 이어, 각각의 시트는 기계적 브레이커 바를 사용하여, 각각의 시트에서 벤트 라인을 가로지른 일정한 브레이킹력을 가함으로써 더 작은 크기의 네 개의 시트 세그먼트로 성공적으로 분리된다. 25-35 Mpa의 범위의 브레이킹 응력은 각각의 벤트 라인을 따라 시트 분리를 달성하기에 충분하다.
유리 조성은 동일하지만, 그러나 줄어든(0.7mm) 두께를 갖는 더 얇은 표면 압축 층을 구비한 시트는 또한 상기 언급한 바와 같이 동일한 유리 절단 장치를 사용하여, 그러나 250-500 mm/s 범위의 스코링 속도에서 성공적으로 크로스 벤트된다. 추가적으로, 동일한 제조사의 Gen-5 유리 절단 장치를 사용하여, 성공적인 크로스-스크라이브 및 시트 분리는 필요한 균열 개시 장소를 제공하도록 시트를 에지-크러싱 없이 달성된다. 이러한 과정에서, 적합한 균열 개시 장소는 더 큰 유리시트의 에지로부터 5mm 보다 더 큰 휠 셋-다운 위치에서, 작은(light) 휠 스크라이브 부하와 느린 연마 휠 셋-다운 속도를 사용함으로써, 더 큰 시트의 에지 근방에 형성된다.
도면의 도 4는 상기 설명된 방법에 따라 화학적으로 강화된 유리의 더 큰 시트로부터 화학적으로 강화된 유리시트 세그먼트를 분리할 때, 형성된 균열 표면의 한 부분의 면을 나타내는 광학적 현미경사진이다. 균열 표면의 영역에서 수평 바는 500㎛의 치수를 나타낸다. 도 4에 나타난 깨끗한 분리 표면을 생성한 응력 균열을 발생시키는 벤트 라인은 그 표면의 상부 에지를 따라 경계 밴드로 보여진다.
화학적으로 강화된 유리시트를 설명한 상기 기재와 실시예들은, 화학적으로 강화된 유리시트의 높은 시트 응력 레벨 및 취성에 의해 나타난 유리 브레이킹 문제를 극복하는데 효과적인 과정이 적절하게 제공된다면, 심지어 현 기계적 스크라이브 시스템을 사용하여, 임의의 요구되는 크기와 형상의 더 작은 강화된 시트로 성공적으로 분리될 수 있다. 물론, 이러한 실시예들과 설명들은 첨부된 청구항의 범위 내에서 화학적으로 강화된 유리의 큰 시트를 처리하는 목적으로 성공적으로 채용될 수 있는 스크라이빙 및 분리 절차의 범위를 단지 설명하고 있을 뿐이다.
10: 유리시트 12: 표면 만입부
20: 스코링 휠 22: 스크라이브 에지

Claims (15)

  1. 화학적으로 강화된 유리시트를 스크라이빙하는 방법으로서,
    화학적으로 강화된 유리시트의 제1 표면의 제1 에지에 균열 개시 장소를 형성하는 단계, 상기 화학적으로 강화된 유리시트는 층 깊이(DOL)의 표면 압축 층을 포함하고, 상기 균열 개시 장소는 상기 제1 표면으로 뻗어있는 표면 만입부(indentation)를 포함함; 및
    상기 제1 표면으로 뻗어있는 벤트 라인을, 층 깊이(DOL)와 적어도 동일하나 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 분리를 유발하는 균열 깊이보다 작은 벤트 깊이로 스크라이브하기 위해, 상기 균열 개시 장소로부터 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 제2 에지쪽으로 상기 제1 표면을 기계적으로 스코링하는 단계를 포함하며,
    상기 벤트 깊이는 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 두께의 10-20%인, 강화 유리시트 스크라이빙 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리시트는 1.5mm를 초과하지 않는 두께를 갖고, 표면 압축 층은 400-900 MPa 범위의 피크 압축 응력과 5-100㎛ 범위의 층 깊이(DOL)를 나타내고, 그리고 상기 표면 만입부는 DOL 보다 크지만 DOL의 3배 보다 작은 깊이(h)로 제1 표면으로 뻗어있는, 강화 유리시트 스크라이빙 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 벤트 라인의 벤트 깊이는 균열 개시 장소의 표면 만입부의 깊이보다 큰, 강화 유리시트 스크라이빙 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리시트는 50 MPa 보다 작은 중앙 장력을 가지며, 표면 만입부는 두께의 10% 보다 작은 깊이로 제1 표면으로 뻗어있는, 강화 유리시트 스크라이빙 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    화학적으로 강화된 유리시트의 제1 에지의 다수의 균열 개시 장소로부터 뻗어있는 다수의 벤트 라인 및 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 제3 에지의 다수의 제2 균열 개시 장소로부터 뻗어있는 다수의 제2 벤트 라인은 화학적으로 강화된 유리시트의 제1 표면에서 스크라이브되고, 적어도 하나의 벤트 라인은 적어도 하나의 다른 벤트 라인을 가로지르는, 강화 유리시트 스크라이빙 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기계적으로 스코링하는 단계는 회전식 연마 스코링 휠로써 제1 표면을 스코링하는 단계를 포함하고, 상기 회전식 연마 스코링 휠은 90-140°범위의 테이퍼 각도(α)를 갖는 테이퍼진 원주방향 절단 에지를 포함하는, 강화 유리시트 스크라이빙 방법.
  7. 표면 압축 층들을 포함하는 화학적으로 강화된 유리시트를 두 개 이상의 시트 부분으로 분리하는 방법으로서,
    제1 표면으로 뻗어있는 벤트 라인을, 상기 제1 표면 상의 표면 압축 층의 깊이에 대응하는 깊이(DOL)와 적어도 동일하나 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 분리를 유발하는 균열 깊이보다 작은 벤트 깊이로 스크라이브하는 단계, 여기서 상기 벤트 깊이는 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 두께의 10-20%임; 및
    상기 화학적으로 강화된 유리시트를 벤트 라인을 따라 분리하기에 충분한 크기의, 상기 벤트 라인을 가로지른 일정한 굽힘 모멘트를 가하는 단계를 포함하는, 강화 유리시트 분리방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리시트의 제1표면의 벤트 라인을 스크라이브하는 단계는:
    화학적으로 강화된 유리시트의 제1 표면의 제1 에지에 균열 개시 장소를 형성하는 단계, 상기 화학적으로 강화된 유리시트는 층 깊이(DOL)의 표면 압축 층을 포함하고, 상기 균열 개시 장소는 상기 제1 표면으로 뻗어있는 표면 만입부를 포함함; 및
    상기 제1 표면으로 뻗어있는 벤트 라인을, 층 깊이(DOL)와 적어도 동일하나 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 분리를 유발하는 균열 깊이보다 작은 벤트 깊이로 스크라이브하기 위해, 상기 균열 개시 장소로부터 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 제2 에지쪽으로 상기 제1 표면을 기계적으로 스코링하는 단계를 포함하는, 강화 유리시트 분리방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 굽힘 모멘트는 캔틸레버 빔 부하에 의해 또는 3-점 굽힘에 의해 가해지고, 상기 굽힘 모멘트는 벤트 라인을 가로질러 10-35 MPa 범위의 인장 응력(σ)을 생성하는, 강화 유리시트 분리방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 인장 응력은 제1 표면과 마주하는 화학적으로 강화된 유리시트의 제2 표면에 가해진 기계 힘을 통해 3-점 굽힘으로 생성되는, 강화 유리시트 분리방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기계 힘은 상기 벤트 라인과 정렬된 브레이킹 바(breaking bar)에 의해 제2 표면에 가해지고, 상기 화학적으로 강화된 유리시트는 상기 기계 힘이 가해짐에 따라 지지 표면 상에 지지되는, 강화 유리시트 분리방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 벤트 라인의 벤트 깊이는 균열 개시 장소의 표면 만입부의 깊이보다 큰, 강화 유리시트 분리방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 화학적으로 강화된 유리시트는 50 MPa 보다 작은 중앙 장력을 가지며, 표면 만입부는 두께의 10% 보다 작은 깊이로 제1 표면으로 뻗어있는, 강화 유리시트 분리방법.
  14. 화학적으로 강화된 유리시트를 스크라이빙하는 방법으로서,
    화학적으로 강화된 유리시트의 제1 표면의 제1 에지에 다수의 균열 개시 장소를 형성하는 단계, 상기 화학적으로 강화된 유리시트는 층 깊이(DOL)의 표면 압축 층을 포함하고, 각각의 상기 균열 개시 장소는 상기 제1 표면으로 뻗어있는 표면 만입부를 포함함; 및
    상기 다수의 균열 개시 장소의 형성 후에, 상기 제1 표면을 따라 그리고 상기 화학적으로 강화된 유리시트로 뻗어있는 다수의 벤트 라인을, 적어도 층 깊이(DOL)와 동일하나 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 자발적인 분리를 유발하는 균열 깊이보다 작은 벤트 깊이로 스크라이브하기 위해, 상기 다수의 균열 개시 장소로부터 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 제2 에지쪽으로 제1 표면을 기계적으로 스코링하는 단계를 포함하는, 강화 유리시트 스크라이빙 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 다수의 균열 개시 장소로부터 제1 표면을 기계적으로 스코링하기 전에, 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 제1 표면의 제3 에지에 제2의 다수의 균열 개시 장소를 형성하는 단계; 및
    상기 제2의 다수의 균열 개시 장소의 형성 후에, 상기 제1 표면을 따라 그리고 상기 화학적으로 강화된 유리시트로 뻗어있는 제2의 다수의 벤트 라인을, 적어도 층 깊이(DOL)와 동일하나 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 자발적인 분리를 유발하는 균열 깊이보다 작은 벤트 깊이로 스크라이브하기 위해, 상기 제2의 다수의 균열 개시 장소로부터 상기 화학적으로 강화된 유리시트의 제4 에지쪽으로 제1 표면을 기계적으로 스코링하는 단계를 더 포함하는, 강화 유리시트 스크라이빙 방법.
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