KR102154419B1 - 가열장치 - Google Patents
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Abstract
가열장치(90)는 모따기되는 글라스 기판(1)을 상대이동시키면서 부분적으로 가열한다. 이 가열장치(90)는 주가열부(10), 주변가열부(20)를 구비한다. 주가열부(10)는 글라스 기판(1)을 글라스의 연화점 근방의 온도까지 가열한다. 주변가열부(20)는 글라스 기판(1)을 글라스의 변형점 이하의 온도까지 가열한다. 주가열부(10)는 모따기가 실시되는 위치의 근방에 배치된다. 주변가열부(20)는 글라스 기판(1)의 상대이동방향에 수직한 방향에서, 주가열부(10)보다 글라스 기판(1)에 상기 열가공이 실시되는 위치로부터 먼 쪽에, 주가열부(10)에 인접하여 배치된다.
Description
본 발명은 열가공되는 취성재료기판을 가열하기 위한 가열장치에 관한 것이다.
종래, 글라스 기판 등의 취성재료기판에 모따기(Chamfering) 등의 열가공을 실시하기 위한 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1은 이러한 종류의 모따기 장치를 개시한다. 이 특허문헌 1의 모따기 장치는 글라스 기판과 레이저 광선 조사장치를 상대이동시키면서 글라스 기판의 단면(端面)에 레이저 광선을 조사함으로써 글라스 기판의 단면을 모따기하는 구성이다.
상기 특허문헌 1의 모따기 장치에서는, 모따기 후에 글라스 기판을 냉각하면 글라스 기판의 엣지 주변에 강한 인장응력이 남는(잔류 인장응력이 발생하는) 문제를 해결하기 위하여, 글라스 기판 면의 소정부분을 글라스 기판의 최대온도가 되도록 가열한다. 이로써, 해당 소정부분이 열팽창하는 것의 반작용으로 글라스 기판의 단면에 응력이 발생하고, 해당 응력 발생하에서 글라스 기판의 단면을 모따기 처리함으로써 글라스 기판이 냉각된 후의 글라스 기판의 엣지 주변의 잔류 인장응력을 낮게 억제할 수 있도록 한다.
그러나, 상기 특허문헌 1의 구성으로는 글라스 기판에 있어서, 최대온도로 가열되는 소정부분과 그 주변의 부분의 온도차가 매우 크다. 이 때문에, 글라스 기판이 냉각된 후에, 가열한 부분(소정부분)과 가열하지 않은 부분의 경계부에서 잔류 인장응력이 발생하여 글라스 기판의 갈라짐이나 깨짐 등의 원인이 되는 경우가 있다.
본 발명은 이상의 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 그 잠재적인 목적은 열가공되는 취성재료기판에 있어서 잔류 인장응력이 발생하기 어렵고, 또한 글라스 기판의 갈라짐이나 깨짐 등이 발생하기 어렵도록 함이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상과 같고, 다음으로 이러한 과제를 해결하기 위한 수단과 그 효과를 설명한다.
본 개시의 관점에 의하면, 이하의 구성의 가열장치가 제공된다. 즉, 이 가열장치는 열가공되는 취성재료기판을 상대이동시키면서 부분적으로 가열한다. 이 가열장치는 제1가열부와 제2가열부를 구비한다. 상기 제1가열부는 상기 취성재료기판을 당해 취성재료의 연화점 근방의 온도까지 가열한다. 상기 제2가열부는 상기 취성재료기판을 당해 취성재료의 변형점 이하의 온도까지 가열한다. 상기 제1가열부는 상기 열가공이 실시되는 위치의 근방에 배치된다. 상기 제2가열부는 상기 취성재료기판의 상대이동방향에 수직한 방향에서, 상기 제1가열부보다 상기 취성재료기판에 상기 열가공이 실시되는 위치로부터 먼 쪽에 상기 제1가열부에 인접하여 배치된다.
이로써, 취성재료기판이, 열가공이 실시되는 위치로부터 이격됨에 따라 단계적으로 저온이 되도록 가열되므로, 가열되는 부분과 그 이외의 부분의 온도차가 작아지고, 열가공 후에 취성재료기판을 냉각하여도, 가열된 부분과 가열되지 않은 부분의 경계부에서 잔류 인장응력이 발생하기 어려워진다. 따라서, 취성재료기판에 갈라짐이나 깨짐이 발생하기 어려워진다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 열가공되는 취성재료기판에 있어서 잔류 인장응력이 발생하기 어려우며, 또한, 글라스 기판의 갈라짐이나 깨짐 등이 발생하기 어렵다.
도 1은, 본 개시의 일 실시형태에 따른 가열장치와, 당해 가열장치에 의해 가열되면서 모따기 가공되는 글라스 기판을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는, 가열장치 및 글라스 기판을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 3은, 가열장치 및 글라스 기판을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는, 주가열부 및 주변가열부의 구성을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 5는, 도 1에 나타낸 취성재료기판 상의 지점 A, B, C, D에 있어서, 당해 취성재료기판의 상대이동에 따른 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는, 가열장치 및 글라스 기판을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 3은, 가열장치 및 글라스 기판을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는, 주가열부 및 주변가열부의 구성을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 5는, 도 1에 나타낸 취성재료기판 상의 지점 A, B, C, D에 있어서, 당해 취성재료기판의 상대이동에 따른 온도변화를 나타낸 그래프이다.
이어서, 도면을 참조하여 본 개시의 실시형태를 설명한다. 도 1은, 본 개시의 일 실시형태에 따른 가열장치(90)와, 당해 가열장치(90)에 의해 가열되면서 모따기 가공되는 글라스 기판(1)을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 2는, 가열장치(90) 및 글라스 기판(1)을 개략적으로 나타낸 정면도이다. 도 3은, 가열장치(90) 및 글라스 기판(1)을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
본 실시형태의 가열장치(90)는 취성재료기판의 일례로서의 글라스 기판(1)(글라스 판)의 둘레부를 레이저 조사장치(3)(열가공용 광선 조사장치)에 의해 가열용융법으로 모따기 가공할 때, 당해 가공부분 및 그 주변부를 가열하는 것이다.
글라스 기판(1)은 일정 두께를 갖는 사각형의 판으로서 형성되고, 수평한 상태로, 쌍으로 배치되는 이송 롤러(2)(가이드 부재)의 사이에 위치하여 지지된다. 또한, 도 2 및 도 3 등에서는, 글라스 기판(1)의 두께 등이 과장되어 도시된다. 이송 롤러(2)는 도시하지 않은 구동원으로서의 전동모터와 연결된다. 전동모터에 의해 이송 롤러(2)를 구동함으로써, 당해 글라스 기판(1)을 수평으로 이송할 수 있다.
글라스 기판(1)이 이송되는 경로의 도중부분에는 당해 글라스 기판(1)의 둘레부를 열로 용융시켜 모따기 가공하기 위한 레이저 조사장치(3)(열가공장치)가 배치된다. 글라스 기판(1)은 이송 롤러(2)에 의해 레이저 조사장치(3)의 레이저 광선 조사위치(이하, '모따기 가공위치'라 할 수 있다.)에 글라스 기판(1)의 단면(端面)이 위치하도록 위치가 정해진 상태로 이송된다. 그리고, 글라스 기판(1)이 이송됨으로써, 글라스 기판(1)에 있어서 이송 롤러(2)에 대면하는 둘레부의 단면이 이송방향의 일단으로부터 타단까지 모따기 가공위치(3a)를 순차로 통과하도록 되어있다(또한, 도 1부터 도 3까지에는 모따기 가공이 행해지는 도중의 상태가 도시된다). 모따기 가공위치(3a)에서 레이저 광선이 글라스 기판(1)의 단면에 조사됨으로써, 글라스 기판(1)의 단면이 고온(예를 들면, 1000℃)이 되어 용융되고, 이로써 모따기 가공을 실현할 수 있다.
레이저 조사장치(3)의 근방에는, 본 실시형태의 가열장치(90)가 배치된다, 가열장치(90)는 글라스 기판(1)의 단면에 레이저 광선이 조사되는 것을 전후로, 당해 글라스 기판(1)을 가열할 수 있다.
본 실시형태에서는, 고정적으로 설치되는 레이저 조사장치(3) 및 가열장치(90)에 대하여 글라스 기판(1)을 이동시키면서, 모따기 가공 및 가열을 행하는 구성이다. 따라서, 글라스 기판(1)은 레이저 조사장치(3) 및 가열장치(90)에 대하여 상대적으로 이동한다고 할 수 있다. 이하에서는, 레이저 조사장치(3) 및 가열장치(90)에 대하여 글라스 기판(1)이 상대적으로 이동하는 방향(도 1 및 도 3에 굵은 선 화살표로 나타낸 방향)을 "상대이동방향"이라 칭할 수 있다. 또한, 가열장치(90)가 글라스 기판(1)을 가열하는 영역에 관하여 상기 상대이동방향의 상류측에 위치하는 단부를 "시작단부"로, 하류측에 위치하는 단부를 "종료단부"로 각각 칭할 수 있다.
또한, 이송 롤러(2)는 글라스 기판(1)에 모따기가 실시되는 위치 및 가열되는 위치의 어느 쪽에서라도 이격된 위치에서 글라스 기판(1)을 이동가능하게 지지한다. 즉, 글라스 기판(1) 중 비교적 온도가 낮은 부분을, 이송 롤러(2)가 지지 한다. 이로써, 글라스 기판(1)이 이송 롤러(2)에 접촉함에 따른 열변형을 방지하면서도, 글라스 기판(1)의 위치를 정하여 이송할 수 있다.
가열장치(90)는 글라스 기판(1)을 상대이동시키면서 부분적으로 가열하는 장치이다. 본 실시형태의 가열장치(90)는 글라스 기판(1)에 대하여 두께방향 양측에서 대향하도록 배치된다. 가열장치(90)는 상술한 이송 롤러(2) 이외에, 주가열부(10)(제1가열부), 주변가열부(20)(제2가열부), 서냉부(30)(제3가열부)를 구비한다.
본 실시형태의 가열장치(90)는 글라스 기판(1)의 모따기 가공위치(3a)에 가까운 부분을 순차로 가열하도록 글라스 기판(1)의 이송경로에 근접하여 배치된다.
도 1 부터 도 3 까지에 나타낸 주가열부(10)는 상술한 모따기 가공위치(3a)의 근방에 배치되어, 글라스 기판(1)을 부분적으로 가열하는 것이다. 주가열부(10)는 글라스 기판(1)을 당해 글라스의 연화점보다 약간 낮은 온도(예를 들면, 800℃)까지 가열한다.
주가열부(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 글라스 기판(1)의 두께방향에서 보았을 때, 가열장치(90)에서 소정의 사각형 영역(이하, '주가열영역'이라 칭할 수 있다.)에 있어서, 글라스 기판(1)의 당해 영역에 대면하는 부분을 가열한다. 주가열영역은 글라스 기판(1)의 상대이동방향과 수직한 방향에서 어느 정도의 폭을 갖는다. 또한, 주가열영역은 모따기 가공위치(3a) 보다 글라스 기판(1)의 상대이동방향 상류측에 위치하는 부분을 포함한다. 이로써, 모따기 가공이 행해지기 전에 글라스 기판(1)의 둘레부 및 그 주위가 예열되므로, 레이저 조사장치(3)에 의한 모따기 가공에 따른 온도 상승폭을 작게할 수 있고, 모따기 가공이 된 부분과 그 근방의 사이에서 큰 온도차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 주가열부(10)의 상세한 구성에 대하여는 후술한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 주변가열부(20)는 글라스 기판(1)을 부분적으로 가열하는 것이다. 주변가열부(20)는 글라스 기판(1)의 상대이동방향에 수직한 방향에서 모따기 가공위치(3a)로부터 보아 주가열부(10)보다 먼 쪽에 주가열부(10)에 인접하여 배치된다. 따라서, 주변가열부(20)가 글라스 기판(1)을 가열하는 사각형 영역(이하, '주변가열영역'이라 칭할 수 있다.)은, 상기한 주가열영역과 인접한다. 주가열영역의 시작단부와 주변가열영역의 시작단부는 글라스 기판(1)의 상대이동방향에서 거의 일치한다. 또한, 이 주변가열영역은 주가열영역과 후술하는 서냉영역을 합한 영역에 대하여, 글라스 기판(1)의 상대이동방향과 수직한 방향으로 대응하도록 배치된다. 주변가열부(20)는 주변가열영역에 대면하는 글라스 기판(1)을 당해 글라스의 변형점(Strain point) 이하의 온도로서 당해 변형점에 가까운 온도(예를 들면, 550℃)까지 가열한다.
이로써, 글라스 기판(1) 중 주가열부(10)에서 고온으로 가열되는 부분과 전혀 가열되지 않는 부분의 사이에, 주변가열부(20)에 의해 중간 온도까지 가열되는 부분이 존재하게 된다. 즉, 글라스 기판(1)이 모따기 가공위치(3a)로부터 이격됨에 따라 단계적으로 낮은 온도가 되도록 가열된다. 이 때문에, 글라스 기판(1) 중 가열되는 부분과 그 이외의 부분의 사이의 장소적인 온도구배가 완만해지고, 모따기 후에 글라스 기판(1)을 냉각하여도 가열된 부분과 가열되지 않은 부분의 경계에서 잔류 인장응력이 발생하기 어려워진다.
도 1 및 도 3에 나타낸 서냉부(30)는 주가열부(10)에서의 가열(환언하면, 레이저 조사장치(3)에서의 모따기 가공)이 완료된 후 글라스 기판(1)의 온도저하를 완만하게 하기 위하여 가열하는 것이다. 서냉부(30)는 주가열부(10)보다 글라스 기판(1)의 상대이동방향의 하류측에 주가열부(10)과 인접하도록 배치된다. 따라서, 서냉을 위하여 서냉부(30)에 의해 가열되는 사각형의 영역(이하, '서냉영역'이라 칭할 수 있다.)은, 상기한 주가열영역에 대하여 글라스 기판(1)의 상대이동방향 하류측에서 인접한다. 또한, 이 서냉영역은 글라스 기판(1)의 상대이동방향과 수직한 방향에서 주가열영역과 같은 폭을 갖는다. 서냉부(30)는 주변가열부(20)와도 인접하도록 배치된다.
서냉부(30)는 글라스 기판(1) 중 주가열부(10)에서 가열된 후의 부분을 당해 글라스의 변형점 이하의 온도까지 서냉(徐冷)한다. 서냉부(30)에 의한 가열영역(서냉영역)의 종료단부는 주변가열부(20)에 의한 가열영역(주변가열영역)의 종료단부와, 글라스 기판(1)의 상대이동방향에서 거의 일치하는 것이 바람직하다. 또한, 글라스 기판(1)에 있어서 서냉영역의 종료단부를 통과하는 부분의 온도는 주변가열영역의 종료단부를 통과하는 부분의 온도 이상의 온도로서, 그 근방의 온도인 것이 바람직하다. 이로써, 글라스 기판(1) 중 주가열영역 및 서냉영역을 통과한 부분과, 주변가열영역을 통과한 부분의 온도차가 작아지므로, 그 경계부에서 잔류 인장응력의 발생을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 서냉부(30)는 글라스 기판(1)의 상대이동방향의 가장 상류측에 배치되는 고온 히터(31), 당해 고온 히터(31)에 인접하도록 당해 고온 히터(31)의 하류측에 배치되는 중온 히터(32), 당해 중온 히터(32)에 인접하도록 당해 중온 히터(32)의 하류측에 배치되는 저온 히터(33)를 갖는다.
고온 히터(31)는 글라스 기판(1)에 있어서 주가열부(10)에서 가열된 부분을 당해 글라스의 연화점보다 약간 낮은 온도(예를 들면, 주가열부(10)에서의 온도와 같이 800℃)로 가열하는 것이다. 고온 히터(31)는 글라스 기판(1)의 상대이동방향으로도 그와 수직한 방향으로도 어느 정도의 폭을 갖는다. 이 때문에, 모따기 가공되는 글라스 기판(1)의 둘레부의 온도는 레이저 조사장치(3)에서의 레이저 조사에 의해 국소적으로 1000℃ 까지 상승하나, 고온 히터(31)에 의한 가열영역을 통과하는 과정에서 주변의 부분과 거의 같은 800℃ 까지 떨어져서 온도차를 거의 없앨 수 있다.
중온 히터(32)는 글라스 기판(1)에 있어서 고온 히터(31)에서 가열된 부분을 당해 글라스의 연화점과 변형점의 중간 온도(예를 들면, 700℃)까지 서냉한다.
저온 히터(33)는 글라스 기판(1)에 있어서, 중온 히터(32)에서 가열된 부분을 당해 글라스의 변형점보다 약간 낮은 온도(예를 들면, 550℃)까지 서냉한다.
이러한 구성으로, 글라스 기판(1)에 있어서 주가열영역을 통과한 부분은 이어서 서냉영역을 통과함으로써(환언하면, 고온 히터(31), 중온 히터(32), 및 저온 히터(33)에 의한 가열영역을 순차로 통과함으로써), 시간적으로 완만한 온도구배로 변형점 미만의 온도까지 서냉된다. 이로써, 변형을 거의 발생시키지 않고 글라스 기판(1)을 냉각할 수 있어, 글라스 기판(1)의 갈라짐이나 깨짐을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 서냉부(30)는 고온 히터(31), 중온 히터(32), 및 저온 히터(33)의 3단계 온도의 히터로 이루어지는 구성으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 이보다 세분화된 단계의 온도의 히터로 이루어지는 구성일 수 있고, 또는, 이보다 적은 단계(예를 들면, 중온과 저온의 2단계)의 온도의 히터로 이루어지는 구성일 수도 있다. 또는, 더욱 간략화하여 1단계의 온도의 히터로 할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기한 주가열부(10), 주변가열부(20), 및 서냉부(30)는 모두 글라스 기판(1)을 두께방향의 양측에서 가열하는 구성이다. 이 때문에, 글라스 기판(1)의 두께방향에서의 온도구배를 작게 할 수 있어, 당해 글라스 기판(1)의 갈라짐이나 깨짐 등이 발생하기 어렵다.
이하에서는, 주가열부(10)의 구체적인 구성에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 주가열부(10) 및 주변가열부(20)의 구성을 모식적으로 나타낸 정면도이다. 도에서의 2점쇄선은 광선을 모식적으로 나타낸다.
도 4에 나타낸 주가열부(10)는 한 쌍의 단열몸체(11)(단열재), 한 쌍의 할로겐 램프(12)(열원), 한 쌍의 요면경(13), 한 쌍의 금속부재(14)를 갖는다. 단열몸체(11), 할로겐 램프(12), 요면경(13), 금속부재(14)는 글라스 기판(1)에 대하여 대칭이 되도록 배치된다.
단열몸체(11)는 글라스 기판(1)의 두께방향 일측을 덮도록 배치된다. 단열몸체(11)는 공지의 단열재에 의해 글라스 기판(1)에 가까운 측을 개방시킨 상자 형태로 구성되어, 상술한 주가열영역을 둘러싸도록 배치된다. 그 결과, 단열몸체(11)의 내부에 단열공간이 형성된다. 단열몸체(11)의 글라스 기판(1)으로부터 먼 쪽의 벽부에는 할로겐 램프(12)로부터의 광선을 통과시키는 슬릿 형태의 광통로(11a)가 관통 형태로 형성된다. 이와 같이, 주가열부(10)는 글라스 기판(1)의 가열대상의 부분을 단열몸체(11)로 덮은 상태로 가열하므로, 열이 새어나가지 않게 할 수 있어, 글라스 기판(1)을 효율적으로 가열할 수 있다.
할로겐 램프(12)는 전력이 공급됨으로써, 글라스 기판(1)을 가열하기 위한 광선을 조사한다. 이와 같이, 할로겐 램프(12)가 단열몸체(11)의 외부에 배치되므로 할로겐 램프(12)의 유지관리가 용이하다.
요면경(13)은 할로겐 램프(12)를 덮도록 구성되고, 단면형상이 곡면 형태인 반사면(13a)을 갖는다. 이 반사면(13a)은 할로겐 램프(12)가 조사하는 광선을 반사하여 광통로(11a)의 내부 또는 그 근방에 초점을 형성하면서, 반사광을 단열몸체(11)의 내부로 유도하도록 구성된다. 이로써, 할로겐 램프(12)의 광선을 단열몸체(11)의 내부로 집중시켜 글라스 기판(1)을 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 광통로(11a)의 내부 또는 그 근방에 초점을 형성함으로써, 광통로(11a)를 형성하기 위하여 단열몸체(11)에 형성되는 개구를 작게할 수 있어, 단열효과의 저하를 억제할 수 있다.
금속부재(14)는 단열몸체(11) 내에 배치된다. 보다 구체적으로 금속부재(14)는 광통로(11a)와 글라스 기판(1)의 사이에 배치된다. 금속부재(14)는 예를 들면, 스테인리스강, 하스텔로이, 인코넬 등의 내열성 재료에 의해 판 형태로 형성된다. 이 구성으로, 할로겐 램프(12)로부터의 광선은 광통로(11a)를 통과하여 금속부재(14)에 조사되어 고온이 된 금속부재(14)로부터의 복사열이 글라스 기판(1)에 조사된다. 이와 같이, 금속부재(14)로부터의 복사열을 이용하여 가열함으로써, 글라스로의 흡수율이 작은 광선을 조사하는 열원(예를 들면, 본 실시형태와 같은 할로겐 램프(12))을 사용하는 경우에도 글라스 기판(1)을 충분히 가열할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태의 가열장치(90)는 저렴한 할로겐 램프 등을 열원으로 사용할 수 있기 때문에 제조비용을 저감할 수 있다.
주변가열부(20)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 주가열부(10)와 같은 구성을 갖는다. 또한, 도시하지 않았으나, 본 실시형태에서는 서냉부(30)를 구성하는 고온 히터(31), 중온 히터(32), 및 저온 히터(33)도 주가열부(10)과 같은 구성을 갖는다. 또한, 각 할로겐 램프(12)에 공급되는 전력량을 조정하거나, 할로겐 램프(12)로부터 글라스 기판(1)의 가열대상의 부분까지의 거리를 조정함으로써, 각 가열부의 가열온도를 적절히 조정할 수 있다.
단, 주가열부(10), 주변가열부(20), 및 서냉부(30)는 반드시 모두 할로겐 램프로 구성될 필요는 없고, 주가열부(10), 주변가열부(20) 및, 서냉부(30) 중 일부 또는 전부를 다른 구성의 히터(예를 들면, 시즈 히터)로 할 수 있다.
이하에서는, 글라스 기판(1)의 온도변화에 대하여, 보다 구체적으로 설명한다. 도 5에는 글라스 기판(1)의 두께방향 일측의 면에서, 도 1에 나타낸 바와 같이 설정된 지점(부위) A, B, C, D에 있어서 당해 글라스 기판(1)의 상대이동에 따른 온도변화를 나타낸다. 또한, 도 5의 그래프에서 지점 A 및 지점 B의 온도변화는 P3으로부터 P4까지의 시간구간을 제외하고는 동일하다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 지점 A는 모따기 가공위치(3a)의 바로 가까이를 통과하는 위치에 설정된다. 지점 B는 지점 A만큼 모따기 가공위치(3a)에 가깝지는 않으나, 주가열영역 및 서냉영역을 통과하는 위치에 설정된다. 지점 C는 주변가열영역을 통과하는 위치에 설정된다. 지점 D는 글라스 기판(1)의 상대이동방향에 수직한 방향에서 주변가열영역보다 모따기 가공위치(3a)로부터 먼 쪽의 위치에 설정된다(따라서, 지점 D는 주가열영역, 서냉영역, 및 주변가열영역의 어느 쪽도 통과하지 않는다). 지점 A, B, C, D는 글라스 기판(1)의 상대이동방향에 수직한 방향으로 직선 형태로 나란히 늘어서 있다.
글라스 기판(1)이 레이저 조사장치(3) 및 가열장치(90)에 공급되기 전의 시점에서 지점 A, B, C, D는 모두 실온 부근의 온도(T0)이다. 지점 A, B는 P1으로부터 P2까지의 시간구간에서 주가열영역을 통과함으로써, 그 온도가 연화점 가까이의 온도(예를 들면, 800℃, T3)까지 상승한다. 지점 A, B는 변형점 이상의 온도까지 가열됨으로써 응력이 해제된다. P1으로부터 P2까지의 시간구간에서 온도가 상승하는 기울기(시간적인 온도구배)는 글라스의 갈라짐 등이 발생하지 않도록 적절히 설정되나, 필요에 따라 주가열부(10)를 저온부, 중온부, 고온부 등의 복수의 히터로 분할하여 구성하여 급격한 온도상승을 완화하도록 할 수 있다.
지점 C는 P1의 시점으로부터 주변가열영역에 들어간다. 그 결과, 지점 C의 온도는 변형점 이하의 온도로서 당해 변형점에 가까운 온도(예를 들면, 550℃, T1)까지 상승한다. 이 온도 상승에 따라 지점 C의 글라스 기판(1)은 탄성변형되어 고온 하에서는 응력이 발생한다.
글라스 기판(1)의 둘레부에 가까운 영역(지점 A, B를 포함하는 영역)이 충분히 승온된 후, P3으로부터 P4까지의 시간구간에서, 레이저 조사장치(3)에 의해 레이저 광선이 조사되어 모따기 가공이 실시된다. 이 때, 지점 A는 국소적으로 연화점 근방의 고온(예를 들면, 900℃)이 되나, 점성유동상태가 되기 때문에 응력은 발생하지 않는다.
지점 A, B는 P4로부터 P5까지의 시간구간에서, 서냉영역 중 고온 히터(31)에 의한 가열영역을 통과한다. 이로써, 국소적으로 고온이 되었던 지점 A의 온도가 고온 히터(31)의 설정온도인 T3 또는 그 근방의 온도(예를 들면, 800℃)가 된다. 지점 B의 온도는 거의 T3인 채로 유지되므로, 그 결과, 지점 A와 지점 B 사이의 온도차가 거의 없게 된다.
지점 A, B는 P5로부터 P7까지의 시간구간에서, 서냉영역 중 중온 히터(32)에 의한 가열영역 및 저온 히터(33)에 의한 가열영역을 순차로 통과한다. 이로써, 지점 A, B의 온도가 완만한 구배로 변형점 이하의 온도(예를 들면, 550℃, T5)까지 저하된다. 이 서냉과정에 있어서, 특히 글라스의 변형점을 통과할 때의 시간적인 온도구배(특히, 글라스의 서냉점으로부터 변형점까지 온도가 변화하기까지의 온도구배)가 작아지도록 구성함으로써, 변형의 발생을 양호하게 방지할 수 있다. 지점 A, B는 온도가 변형점을 통과하는 P6의 지점까지는 점성유동상태가 되어있기 때문에, 온도가 저하되어도 응력은 발생하지 않는다. 온도가 변형점을 통과하는 P6의 시점 이후가 되면 지점 A, B에서 탄성변형이 시작되고 응력이 발생한다.
P6의 시점에서 글라스 기판(1) 중 저온 히터(33)로 가열되는 부분과 주변가열부(20)로 가열되는 부분의 온도차는 (변형점-T1)℃가 된다. 이 온도차에 의해 글라스 기판(1)이 상온으로 냉각된 후의 잔류 인장응력이 발생하므로, 이 온도차(변형점-T1)를 반드시 작게하는 것이 바람직하다.
지점 C의 온도는 P1의 시점으로부터 가열이 계속됨으로써, P7의 시점까지 T1으로 유지된다.
지점 A, B, C는 P7의 시점에서 대략 같은 온도(T1)가 된다. 이 때문에, P7로부터 P8까지의 시간구간에서는 지점 A, B, C의 온도가 맞춰진 상태로 T0까지 냉각되기 때문에, 각 히터의 가열대상영역의 경계부에 잔류 인장응력은 발생하지 않는다. 온도가 T1에 도달한 P7의 시점 이후에는 글라스의 갈라짐 등이 발생하지 않는 범위에서 냉각풍 등을 사용하여 적극적으로 냉각을 행할 수 있다.
또한, 지점 C의 온도에 대하여는 T0(주위온도/실온)로부터 T1으로 상승하고, 그 후, T0으로 저하되나, T1은 변형점 이하의 온도(예를 들면, 550℃)이기 때문에, 지점 C에서 글라스 기판(1)의 거동은 탄성변형에서 멈춘다. 이 때문에, 온도가 T0로 되돌아간 때에는 지점 C를 포함하는 영역에 잔류 인장응력은 발생하지 않는다.
글라스 기판(1)은 가열장치(90)로 가열됨으로써, 상술한 바와 같은 온도변화를 나타낸다. 이 때문에, 모따기 후에 글라스 기판(1)을 냉각하여도 잔류 인장응력이 발생하기 어렵고, 글라스 기판(1)에서의 갈라짐이나 깨짐 등이 발생하기 어렵다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 글라스 기판(1)에 열가공(모따기)을 실시하는 것을 전후로 하여, 가열장치(90)에 의해 글라스 기판(1)을 부분적으로 가열하는 구성이다. 이로써, 레이저를 사용하여 열가공을 행할 때, 종래의 문제였던 잔류 인장응력의 발생을 억제할 수 있고, 글라스 기판(1)의 갈라짐이나 깨짐을 방지하면서도, 글라스 기판(1)에 대하여 레이저에 의한 열가공을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 가열용융법에 의해 모따기 가공을 행하므로, 가공에 따른 글라스의 깨진 조각이 발생하지 않게 되어, 가공 후에 글라스 조각을 제거하기 위한 강력한 세정공정을 행할 필요가 없어진다. 따라서, 공정수를 줄일 수 있어 환경부하도 저감할 수 있다.
또한, 가열장치(90)에 의한 가열은 글라스 기판(1) 전체가 아니라 부분적으로 할 수 있으므로, 글라스 기판(1) 전체를 수용하는 대형의 가열로 등을 준비할 필요가 없어, 설비 비용을 저감할 수 있다. 뿐만 아니라, 가열장치(90)에 의한 부분적인 가열을 위하여 저가의 할로겐 히터 등을 사용할 수 있어서 그러한 의미에서도 비용을 저감할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 가열장치(90)는 모따기 되는 글라스 기판(1)을 상대이동시키면서 부분적으로 가열한다. 이 가열장치(90)는 주가열부(10), 주변가열부(20)를 구비한다. 주가열부(10)는 글라스 기판(1)을 글라스 연화점 근방의 온도까지 가열한다. 주변가열부(20)는 글라스 기판(1)을 글라스의 변형점 이하의 온도까지 가열한다. 주가열부(10)는 모따기 가공위치(3a)의 근방에 배치된다. 주변가열부(20)는 글라스 기판(1)의 상대이동방향에 수직한 방향에서 주가열부(10)보다 모따기 가공위치(3a)로부터 먼 쪽으로 주가열부(10)에 인접하여 배치된다.
이로써, 글라스 기판(1)이 당해 글라스 기판(1)의 상대이동방향에 대하여 수직한 방향에서 볼 때, 모따기 가공위치(3a)로부터 이격됨에 따라 단계적으로 저온이 되도록 가열되므로, 가열되는 부분과 그 이외의 부분의 온도차가 작아진다. 따라서, 모따기 후에 글라스 기판(1)을 냉각하여도 가열된 부분과 가열되지 않은 부분의 경계부에 잔류 인장응력이 발생하기 어렴고, 글라스 기판(1)의 갈라짐이나 깨짐이 발생하기 어려워진다.
또한, 본 실시형태의 가열장치(90)는 주가열부(10)보다 글라스 기판(1)의 상대이동방향의 하류측에 주가열부(10)와 인접하도록 배치되는 서냉부(30)를 구비한다. 서냉부(30)는 글라스 기판(1) 중 주가열부(10)로 가열된 후의 부분을 글라스의 변형점 이하의 온도까지 서냉한다.
이로써, 글라스 기판(1)을 모따기 후에 냉각할 때의(특히, 변형점 통과시의) 온도 구배가 완만해지고, 모따기를 실시한 위치 근방에 잔류 인장응력이 발생하기 어렵고, 따라서, 글라스 기판(1)의 갈라짐이나 깨짐이 발생하기 어려워진다.
또한, 본 실시형태의 가열장치(90)에 있어서, 서냉부(30)는 주변가열부(20)에 인접하여 배치된다. 글라스 기판(1)이 서냉부(30)로 서냉됨으로써 변형점에 도달한 때의 그 온도(P6의 시점에서 지점 A 및 지점 B의 온도)는 주변가열부(20)에 의해 가열됨으로써 도달하는 온도(P6의 시점에서 지점 C의 온도) 이상의 온도로서, 그 근방의 온도이다.
이로써, 글라스 기판(1) 중 서냉부(30)로 가열된 부분과 주변가열부(20)로 가열된 부분의 온도차가 작아지므로, 경계부에서 잔류 인장응력이 발생하기 어렵다. 또한, 글라스 기판(1) 중 주변가열부(20)로 가열된 부분과 그 주위의 가열되지 않은 부분의 온도차가 발생하나, 주변가열부(20)로 가열되는 온도는 변형점 이하이므로, 냉각한 후에도 잔류 인장응력은 발생하지 않는다.
또한, 본 실시형태의 가열장치(90)에 있어서, 주가열부(10)는 모따기 가공위치(3a)보다 글라스 기판(1)의 상대이동방향의 상류측을 가열 가능하다.
이로써, 글라스 기판(1) 중 모따기가 실시되는 부분이 예열되기 때문에, 모따기 가공에 따른 온도 상승폭을 작게할 수 있어, 글라스 기판(1)의 갈라짐이나 깨짐이 발생하기 어려워진다.
또한, 본 실시형태의 가열장치(90)에 있어서, 글라스 기판(1)에 모따기가 실시되는 위치 및 상기 가열되는 위치의 어디로부터든 이격된 위치에 글라스 기판(1)을 이동가능하게 지지하는 이송 롤러(2)를 구비한다.
이로써, 글라스 기판(1)의 열변형을 방지하면서도 당해 글라스 기판(1)의 위치를 정할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 가열장치(90)에 있어서, 주가열부(10) 및 주변가열부(20)는 각각 글라스 기판(1)을 두께방향의 양쪽에서 가열한다.
이로써, 글라스 기판(1)의 두께방향에서의 온도구배를 작게할 수 있어, 글라스 기판(1)에서 갈라짐이나 깨짐의 발생을 더욱 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 가열장치(90)에 있어서, 주가열부(10) 및 주변가열부(20)는 각각 글라스 기판(1)을 단열재로 덮는 형태로 가열한다.
이로써, 열이 빠져나가기 어려워, 글라스 기판(1) 중 가열할 대상 부분을 효율적으로 가열할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 가열장치(90)에 있어서, 주가열부(10) 및 주변가열부(20)는 각각 단열몸체(11)의 외부에 배치된 할로겐 램프(12)를 구비한다. 단열몸체(11)에는 할로겐 램프(12)로부터의 광선을 통과시키는 광통로(11a)가 형성된다. 할로겐 램프(12)로부터의 광선은 광통로(11a) 내 또는 그 근방에 초점을 형성한다.
이로써, 할로겐 램프(12)가 단열몸체(11)의 외부에 배치되므로, 할로겐 램프(12)의 유지관리가 용이하게 된다. 또한, 광통로(11a)를 작게 형성할 수 있기 때문에, 단열몸체(11)의 외부로 열이 방출되기 어렵다. 따라서, 가열을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 가열장치(90)에 있어서, 주가열부(10) 및 주변가열부(20)는 각각 광통로(11a)와, 글라스 기판(1) 중 가열되는 부분 사이에 배치되는 금속부재(14)를 구비한다.
이로써, 주가열부(10) 및 주변가열부(20)에 있어서, 금속부재(14)로부터의 복사열에 의해 글라스 기판(1) 중 가열의 대상이 되는 부분을 효과적으로 가열할 수 있다. 따라서, 글라스로의 흡수율이 작은 광선을 발하는 열원(예를 들면, 할로겐 히터)를 사용할 경우에도 글라스 기판(1) 중 가열의 대상이 되는 부분을 충분히 가열할 수 있다.
이상과 같이 본 개시의 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 상기의 구성은 예를 들면, 이하와 같이 변경될 수 있다.
상기 실시형태에서는 취성재료기판은 글라스 기판인 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 그 대신에, 사파이어 기판이나 세라믹 기판일 수 있다, 즉, 본 발명은 취성재료(파단에 이르기까지의 변형이 작은 재료)로 이루어진 기판을 가열하는 경우에 널리 적용될 수 있다.
상기 실시형태에서, 가열장치(90)는 글라스 기판(1)을 열에 의해 모따기 가공할 때에 당해 글라스 기판(1)을 가열하는 구성이다. 그러나, 이에 대신하여 가열장치(90)는 글라스 기판(1)을 열에 의해, 예를 들면 절단가공할 때에 주변부를 가열하는 가열장치로서 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 '열가공'에는 취성재료기판의 일부에 열을 가함으로써 가공하는 여러 열가공이 포함된다. 또한, 열가공은 취성재료기판을 두께방향에서 볼 때의 단부 이외의 부분에 대하여 행해질 수도 있다.
레이저 조사장치(3)가 모따기 가공위치(3a)에 레이저 광선을 조사하는 방향은, 도 2에 나타낸 바와 같이 글라스 기판(1)의 두께방향에 수직한 방향인 경우에 한정되지 않고, 적절히 경사를 줄 수 있다. 또한, 레이저 광선의 조사방향은, 도 1에 나타낸 바와 같이 글라스 기판(1)의 상대이동방향에 수직한 방향으로 하는 것에 한정되지 않고 적절히 경사를 줄 수 있다.
상기 실시형태에서, 열가공은 레이저 조사장치(3)에 의해 행하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 레이저 광선 대신에 할로겐 히터 또는 시즈 히터를 사용하여 글라스 기판(1)에 모따기 등의 열가공을 실시할 수 있다. 또한, 예를 들면, 할로겐 히터로부터 광선을 조사하여 열가공하는 경우, 도 4에 나타낸 단열몸체(11), 요면경(13)이나 금속부재(14) 등의 구성을 적용함으로써, 취성재료로의 흡수율이 낮은 광선을 조사하는 광원(예를 들면, 할로겐 램프)을 사용하여도 열가공에 필요한 온도까지 가열할 수 있다.
글라스 기판(1)을 효율적으로 가열하기 위하여 단열몸체(11)의 내면(내부의 표면)에, 광선을 반사하는 반사재나 거울 등을 설치할 수 있다.
금속부재(14)를 생략하고 할로겐 램프(12)로부터의 광선이 글라스 기판(1)에 직접 조사되도록 구성할 수 있다.
상기 실시형태에서, 레이저 조사장치(3) 및 가열장치(90)의 위치가 고정되고, 글라스 기판(1)이 이들 위치에 대하여 이동하는 것이었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 글라스 기판(1)의 상대이동은 소정의 위치에 고정된 글라스 기판(1)에 대하여 레이저 조사장치(3) 및 가열장치(90)가 이동함으로써 실현될 수 있다. 또한, 글라스 기판(1)과 레이저 조사장치(3) 및 가열장치(90)의 양쪽이 이동할 수도 있다.
열가공 및 가열이 행해질 때의 글라스 기판(1)의 자세는, 도 1 등에 나타낸 바와 같이 수평을 이루는 대신, 예를 들면 수직을 이룰 수 있다.
글라스 기판(1)의 상대이동방향과 수직한 방향에 주변가열부(20)를 복수로 나란히 설치하여, 온도를 보다 세밀하게 달리하면서 글라스 기판(1)을 가열할 수 있다.
가열장치(90)를 복수의 글라스 기판(1)에 대하여 일괄 가열을 행하도록 구성할 수 있다.
상기 실시형태에서, 글라스 기판(1)을 이동가능하게 지지하는 가이드 부재는 쌍으로 배치되는 이송 롤러(2)로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 그 대신에 가이드 부재를 척 형태로 구성할 수 있다.
레이저 조사장치(3)와 가열장치(90)를 각각 쌍으로 구비하여, 글라스 기판(1)의 일단측을 모따기 가공 및 가열함과 동시에 또는 전후로 하여 타단측에 대하여도 모따기 가공 및 가열하는 구성일 수 있다.
1: 글라스 기판(취성재료기판)
10: 주가열부(제1가열부)
20: 주변가열부(제2가열부)
30: 서냉부(제3가열부)
90: 가열장치
10: 주가열부(제1가열부)
20: 주변가열부(제2가열부)
30: 서냉부(제3가열부)
90: 가열장치
Claims (9)
- 열가공되는 취성재료기판을 상대이동시키면서 부분적으로 가열하는 가열장치로서,
상기 취성재료기판을 당해 취성재료의 연화점 근방의 온도까지 가열하는 제1가열부; 및
상기 취성재료기판을 당해 취성재료의 변형점 이하의 온도까지 가열하는 제2가열부;를 구비하며,
상기 제1가열부는 상기 열가공이 실시되는 위치 근방에 배치되고,
상기 제2가열부는 상기 취성재료기판의 상대이동방향에 수직한 방향에서, 상기 제1가열부보다 상기 취성재료기판에 상기 열가공이 실시되는 위치로부터 먼 쪽에, 상기 제1가열부에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는,
가열장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1가열부보다 상기 취성재료기판의 상대이동방향의 하류측에, 상기 제1가열부와 인접하도록 배치되는 제3가열부를 구비하며,
상기 제3가열부는 상기 취성재료기판 중 상기 제1가열부로 가열된 후의 부분을 상기 취성재료의 변형점 이하의 온도까지 서냉(徐冷)하는 것을 특징으로 하는,
가열장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제3가열부는 상기 제2가열부에 인접하여 배치되고,
상기 취성재료기판에서, 상기 제3가열부에서의 가열이 종료된 부위의 온도는, 상기 제2가열부에서의 가열이 종료된 부위의 온도 이상의 온도로서, 그 근방의 온도인 것을 특징으로 하는,
가열장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제1가열부는 상기 취성재료기판에 상기 열가공이 실시되는 위치보다 상기 취성재료기판의 상대이동방향의 상류측을 가열 가능한 것을 특징으로 하는,
가열장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취성재료기판에 상기 열가공이 실시되는 위치 및 상기 가열되는 위치의 어느 쪽으로부터든 이격된 위치에서, 상기 취성재료기판을 이동 가능하게 지지하는 가이드 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는,
가열장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1가열부 및 상기 제2가열부는 각각, 상기 취성재료기판을 두께방향의 양쪽으로부터 가열하는 것을 특징으로 하는,
가열장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1가열부 및 상기 제2가열부는 각각, 상기 취성재료기판을 단열재로 덮은 상태로 가열하는 것을 특징으로 하는,
가열장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제1가열부 및 상기 제2가열부는 각각,
상기 단열재의 외부에 배치되는 열원을 구비하며,
상기 단열재에는 상기 열원으로부터의 광선을 통과시키는 광통로가 형성되고,
상기 열원으로부터의 광선은 상기 광통로 또는 그 근방에 초점을 형성하는 것을 특징으로 하는,
가열장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제1가열부 및 상기 제2가열부는 각각,
상기 광통로와, 상기 취성재료기판 중 가열되는 부분의 사이에 배치되는 금속부재를 구비하는 것을 특징으로 하는,
가열장치.
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