KR102251450B1 - 유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 구동 소자 - Google Patents

유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 구동 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법 및 이러한 방법에 의해 제조될 수 있는 구동 소자에 관한 것이다. 상기 방법은 기판의 표면으로 향하는 레이저 조사, 가스 불꽃, 적외선 방사, 전기 마이크로파 또는 플라즈마 방전에 의해 기판의 표면을 통해 국부적으로 제한된 영역 내에서만 열을 인가함으로써, 기판이 적어도 국부적으로 제한된 영역 내의 표면상에서 연화되는 단계; 국부적으로 제한된 영역 내에서 연화된 표면에 작용하는 힘을 인가함으로써, 기판의 연화된 표면이 영역 내에서 변형되는 단계; 및 기판을 냉각시켜 국부 영역 내에서 변형 및 응고되는 표면을 얻는 단계;를 포함한다.

Description

유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 구동 소자
본 발명은 유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 방법에 의해 제조된 구동 소자가 설명된다.
기술적 시스템 및 장치를 보유한 상호 작용식 수동형 구동 소자에 대한 다수의 상이한 적용 방법 및 구성에 있어서, 설계 및 비용 상의 이유로 구동 소자의 수량을 감소시킴과 동시에, 통상적으로 버튼 또는 스위치의 형태로 구성된 입력 수단의 기능성에 대한 레벨을 증가시키고자 하는 요구가 있다. 또한, 실제로 이러한 유형의 구동 소자를 다룰 때에는, 가능한 한 가치 있는 사용자 감성, 즉 고품질의 유리 또는 유리 세라믹 표면과 접촉시 얻어지는 햅틱(haptic) 감성과 같은 사용자 감성을 창출할 필요가 있다. 또한, 높은 표면 품질, 용이한 세척, 내부식성 및 내스크래치성뿐만 아니라 내구성 및 내노화성과 관련하여, 구동 소자의 표면 품질에 대한 매우 까다로운 요구 조건들이 부과되는데, 이러한 모든 요구 조건들은 유리 재료 또는 유리 세라믹에 의해 근본적으로 충족될 수 있다.
내장식 또는 개조식 구동 소자를 갖는 고품질의 사용자 인터페이스를 구비한 장치들과 관련한 공지된 실시예들로는 스마트폰이나 태블릿 PC의 터치 감지식 그래픽 인터페이스를 들 수 있는데, 이들은 수동 접촉이나 조작으로 기술적 기능을 유발하도록 구성된다. 수동 제어 또는 활성화 신호의 입력은 일반적으로 비교적 부드럽게 구성된 사용자 인터페이스 상에서 태핑(tapping)이나 스와이프 동작(swiping gestures)의 형태로 수행된다. 그래픽 인터페이스 상에 시각적으로 인식 가능한 방식으로 추가로 도시된 입력 필드는, 터치를 실행하기 위한 정확한 입력 위치와 관련한 부가적인 필요 정보를 부여한다. 따라서, 사용자 인터페이스 상의 개별적인 하부 그래픽 영역의 정확한 방향 구동을 위해서는, 구동 영역에 대한 직접적인 시각적 접촉이 필요하다. 이러한 프로세스는, 사용자가 구동 영역을 시각적으로 먼저 식별하고, 그런 다음 적절한 영역을 터치함으로써 상호 작용을 조절하도록 구성되는데, 이러한 방법은 다수의 적용 분야에 대해서는 매우 바람직하지 않다. 특히. 주변 환경에 대해 하이 레벨의 주의가 요구되는 활동의 경우, 구동 영역을 얼핏 파악하기만 해서는 실제 상황에서 돌이킬 수 없는 사고를 일으킬 수도 있다. 이와 관련하여, 차량의 수동 입력 또는 구동 콘솔로서 터치 감지식 그래픽 지원 구동 영역의 사용이 점차 광범위하게 보급되고 있는데, 여기서는 대부분의 다양한 구동 소자들이 매우 효율적이고 비용 절감형으로 배치되며 명확하게 활성화되는 한편, 공간 절약형으로 구성된다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이, 특히 자동차 등에서는 구동 수단의 명확한 조작을 위해 사용자 인터페이스에 대한 시각적 접촉이 요구되기 때문에, 이에 따라 햅틱식으로 인지 가능한 버튼 및 스위치를 구비함으로써, 이들에 의해 매우 중요하고 자주 사용되는 주행 기능의 조작을 특히 수행하도록 구성된다. 이러한 유형의 촉각적으로 파지 및 인식 가능한 구동 소자에 의해, 사용자로 하여금 명확한 햅틱 인식을 가지게 하는 한편, 종래의 구동 소자와 관련된 모든 기능에 대한 특별한 전환이 없이도 구동이 가능하도록 구성된다.
사용자 인터페이스 상에 배치되도록 구성된 구동 소자와 관련하여, 종래 기술에 대한 다음의 문서들이 참조된다.
독일 특허공개번호 DE 10 2011 115 379 A1에서는 햅틱 특성을 구비한 층을 갖는 코팅된 유리 기판 또는 유리 세라믹 기판을 개시하고 있는데, 이러한 층은 촉각적으로 인식 가능한 구조를 가지며, 바람직하게는 플라스틱 물질로 구성된다.
미국 특허공개번호 US 2012/0146922 A1에서는 터치 감지식 사용자 인터페이스를 개시하며, 여기서는 유리 기판에 구조적 방식으로 적용된 촉각적으로 인식 가능한 패널 부재를 제공하고 있는데, 이러한 인터페이스는 체스 보드 배열의 형태로 구성 및 배열되므로, 사용자로 하여금 촉각적으로 인식 가능한 표면 공간 해상도를 갖게 할 수 있다. 이 경우에도 또한, 촉각적으로 인식 가능한 구조 패널은 플라스틱 층으로 코팅된다.
그러나, 플라스틱 물질에 기초한 촉각적으로 인식 가능한 모든 표면 구조는 본질적으로 불순물, 노화, 스크래치 내성의 결핍으로 인해 관찰되는 입자의 접착 문제뿐만 아니라, 세척제 및 사용 중 사용자에 의해 플라스틱 표면에 전달될 수 있는 오일, 지방과 같은 매질로 인한 부식 문제를 안고 있다.
전술한 문제점, 즉 하이브리드 물질 구조를 회피하기 위해, 대응 구조물을 유리 표면에 직접 임프린트(imprint)하는 것이 가능하다. 이러한 목적을 위해, 독일 특허 제 197 13 309 C1 호에는 평탄한 유리 내에서 정밀 구조물의 열간 성형을 위한 방법 및 장치가 설명되어 있는데, 여기서는 구조적 표면을 갖는 가열된 성형 공구가 평탄한 유리의 일 측면상의 유리 재료 내로 가압되며, 이때 유리 재료의 변형을 위한 가열 및 연화는 성형 공구 자체의 특정 가열을 통해 달성되는 것을 특징으로 한다. 공구만을 통한 독점 가열은 아직 충분히 가열되지 않은 유리에서 성형 공정을 시작할 경우, 스트레스를 일으키거나 또는 완전한 균열이 형성될 수 있는 결과를 가져올 수 있다. 또한, 유리가 요구되는 성형 온도로 가열될 때까지 공구와의 접촉이 지속되어야 하므로, 연화된 유리가 공구 상에 접착되거나 고착될 위험이 있다. 그 결과, 일부 환경에서는 너무 높은 계면 온도가 달성된다.
독일 특허공개번호 DE 10 2010 020 439 A1에서는 평탄한 유리 기판에 대한 열적 성형 방법을 개시하고 있는데, 이때 변형될 유리판은 성형 도구 상에 놓이는 동안 가열로 내에서 완전히 가열된다. 연화 온도에 도달하면, 유리판은 그 위에 작용하는 중력에 의해 공구의 표면 형상을 채택하도록 구성되는데, 유리판이 공구의 표면 윤곽 상에 평탄하게 놓여 있기 때문에 이러한 중력에는 추가의 양압 또는 부압이 부가될 수 있다.
또한, 독일 특허공개번호 DE 10 2010 045 094 B2 및 DE 103 444 A1 에는 각각 유리 제품의 표면 구조화를 위한 성형 방법을 개시하고 있는데, 여기서는 성형 롤러 또는 롤 공구가 힘의 작용하에 각각의 가열되고 연화된 유리 제품의 표면 상에 배치됨으로써, 성형을 구현하도록 구성된다. 그러나, 이러한 유형의 롤러 또는 롤 공구의 사용은, 유리 표면의 평탄한 영역이 약간이기는 하나 반드시 공동 형성되기 때문에, 플로트 유리(float glass) 공정에서 나온 본래의 표면 품질을 잃어 버리게 된다는 단점이 있다. 또한, 변형되지 않은 유리 표면(대부분의 영역에서는 요구되지 않음)과의 공구 접촉은 필연적으로 마모를 초래하는 한편, 추가 공정으로 인한 지출을 유발한다.
독일 특허공개번호 DE 10 2012 020 609 A2에는 자동차용 구동 소자가 개시되어 있는데, 여기서는 촉각적으로 인식 가능한 구동 소자가 가열된 상태에서 사용자 인터페이스의 딥 드로잉(deep drawing)에 의해 유리 표면 위로 돌출 형성되도록 구성된다.
독일 특허공개번호 DE 10 2014 110 923 A1에서는 성형된 유리 또는 유리 세라믹 제품, 예컨대 유리 세라믹 조리 표면을 제조하는 방법을 개시하고 있는데, 여기서는 디스크 형상의 초기 상태 유리를 가열한 다음, 힘의 인가에 의해 최종 표면을 형성하도록 구성된다.
미국 특허공개번호 US 2016/0031737 A1은 성형 공구의 사용 없이 유리 제품을 형성하는 방법을 개시한다. 여기서는 가열된 유리 기판이 진공 압력 차에 의해 변형되도록 구성된다.
앞선 두 문헌의 성형 공정에서는 모두, 변형의 목적을 위해 가열 영역 전체에 힘을 인가하지 않도록 구성된다.
독일 특허공개번호 DE 691 14 680 T2에서는 유리 용기의 주둥이를 제조하는 방법을 개시하고 있는데, 여기서는 변형될 표면이 버너에 의해 연화된 후 성형 롤러에 의해 외측으로 성형되도록 구성된다.
미국 특허공개번호 2011/0039071 A1에서는 투명 기판 상에 고가(高架)의 구조를 제조하는 방법을 개시하고 있는데, 여기서는 레이저 방사에 의해 초기에 유리 내부의 흡수 계수(absorption coefficient)를 증가시키는 한편, 추가의 조사(irradiation)에 의해 에너지 입력이 증가됨으로써 유리 재료의 팽창을 유도하도록 구성된다.
본 발명의 목적은 유리 또는 유리 세라믹으로 제조된 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법을 구성하는 것으로, 이러한 구성에 의해 한편으로는 변형이 발생하지 않는 영역에서, 유리 표면으로 하여금 변형 과정에서 기인하는 어떠한 품질 저하도 발생하지 않도록 보장한다. 다른 한편으로는, 촉각적으로 인식 가능한 구조가 기판 표면에 도입되는데, 이러한 구조는 수동으로 조작 가능한 고품질의 사용자 인터페이스에 대한 모든 요구 조건을 충족시켜야 하며, 따라서 특히 높은 표면 품질, 용이한 세척, 내식성, 내스크래치성, 고내구성 및 노화 방지성 등을 구비해야 한다. 또한, 경제적 관점에서 볼 때, 이러한 방법은 산업적 규모의 대량 생산에 적합해야 한다.
본 발명의 기초를 형성하는 해결책에 대한 내용이 청구항 1과 11에 독립청구항으로 명시되어 있다. 청구항 15는 이러한 해결책에 따라 구성된 수동 작동용 구동 소자를 개시한다. 이러한 해결책에 따른 청구 범위들을 더욱 발전시키기 위한 특징들이 종속항으로 개시되어 있으며, 특히 예시적인 실시예들을 참조하여 추가 설명으로부터 추론될 수 있다.
유리 또는 유리 세라믹으로 제조된 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음의 공정 단계들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 제1단계에서 열(heat)은 기판의 표면을 통해 국부적으로 제한된 영역 내에서만 인가되고, 이때 국부적으로 제한된 영역은 적어도 일부 영역에서 열이 가해지지 않는 기판의 표면 영역과 이음매 없이 인접하거나 또는 이에 의해 완전히 둘러싸이도록 구성된다. 열의 인가시, 기판으로 하여금 표면 상의 적어도 국부적으로 제한된 영역 내에서 연화되도록, 즉 소성 변형 가능한 상태를 취하는 방식으로 열이 인가된다. 열은 기판 표면을 향한 레이저 방사, 가스 불꽃, 적외선 방사, 전기 마이크로 웨이브 또는 플라즈마 방전에 의해 인가된다.
후속 공정 단계에서, 국부적으로 제한된 영역 내의 연화된 표면에 힘을 인가함으로써, 기판의 연화된 표면이 영역 내에서 변형되도록 구성된다. 촉각적으로 인식 가능한 표면 구조를 얻는데 특히 필요한 바람직한 변형에 도달한 후, 기판을 냉각함으로써 국부 영역 내에서 변형 및 응고된 표면을 얻도록 구성된다.
국부적으로 제한된 영역 내의 연화된 표면에 가해지는 힘의 인가 대신에 또는 이와 조합하여, 대안적으로 또는 상기 해결책에 따라 이전에 설명된 공정 단계와 조합하여, 연화된 표면에 대향하는 기판 표면에 가해지는 힘이 작용함으로써도 또한, 기판 표면에 대향하는 기판의 연화된 표면이 국부적으로 제한된 영역 내에서 변형되도록 구성할 수 있다.
최종 공정 대안은 연화된 표면과 이에 대향되는 기판 표면 사이의 국부적으로 제한된 영역 내에 온도 구배가 설정되는 방식으로 기판의 표면을 통해 열이 인가됨으로써, 연화된 표면에 대향하는 기판 표면상의 기판이 적어도 일부 영역에서 탄성적으로, 바람직하게는 소성 변형 가능하도록 구성되는 경우에 특히 적합하다. 이러한 방식으로, "뒤쪽" 기판 표면에 가해지는 힘이 이를 국부적으로 변형시킬 수 있으며, 그 결과 반대쪽의 연화된 표면 상에 표면 변형이 명백해진다. 또한, 연화된 표면의 측면에서 필요한 표면 변형은 연화된 표면의 측면으로부터 및 이러한 표면과 대향하는 기판 표면의 측면으로부터의 힘의 중첩 작용의 결과로서 얻어질 수 있다. 유리 또는 유리 세라믹 기판의 매끄럽고 바람직하게는 미가공된 표면에서, 원하는 표면 변형이 발생해야 하는 적어도 하나의 제한된 영역 내에서만 제한적으로 열을 인가함으로써, 이러한 적어도 하나의 영역에 인접한 기판의 잔여 표면은 열의 직접적인 인가 및 성형 공구와의 가능한 접촉에 관해서도 영향을 받지 않도록 구성된다. 따라서, 플로트 유리 공정에서 나온 본래의 높은 표면 품질을 그대로 유지한다.
그러나, 제한된 영역 내에서 기판의 표면쪽으로 가해지는 열의 인가는 바람직하게는, 표면 품질이 표면 열화(surface degradation)를 겪지 않거나 또는 열의 인가에 의해 야기되는 무시할 정도로 작은 표면 열화 만을 감당하는 방식으로 달성된다. 이는 비접촉식 열의 인가, 예컨대 표면상의 국부적으로 제한된 영역으로 가해지는 지향성 레이저 조사, 조리개 제한식 적외선 복사, 전기 마이크로파, 국부적인 플라즈마 방전, 또는 가스 화염의 사용에 의해 달성된다.
기판의 표면을 통해 국부적으로 제한된 영역 내에서만 독점적으로 가해지는 열의 인가는 바람직하게는, 온도 및 점도 구배가 기판 표면에 측방향 및 직각 방향으로 형성되는 방식으로 구현된다. 측면으로 향하는 즉, 표면에 종방향으로 향하는 온도 구배는 측면 점도 구배를 야기하는데, 즉 열이 가해지는 국부적으로 제한된 표면 영역에 이음매 없이 인접한 표면 영역은 연화가 일어나지 않는 반면, 열이 가해지는 표면은 연화되도록 구성된다. 실제로 선택된 기판의 재료, 즉 바람직하게는 유리 또는 유리 세라믹, 예컨대 소다 석회 유리(soda lime glass), 붕규산 유리(borosilicate glass), 알루미노규산염 유리(aluminosilicate glass), 석영 유리(quartz glass), 칼코겐화물 유리(chalcogenide glass), 금속 또는 세라믹과 상기 유리 혼합물과 같은 재료에 따라 달라지나, 열의 인가는 국부적으로 제한된 영역 내의 표면상의 기판이 105 내지 1011 Pa.s, 특히 108 내지 109 Pa.s 사이의 점도를 얻자마자 종료된다. 열적 전도 특성, 경도 및 매끄러운 표면 조건을 구비함으로써, 상기 기판 재료는 최종 생성물에 촉각적으로 인식 가능한 고품질의 표면 품질을 부여한다.
또한, 기판의 형태 및 크기, 특히 기판 두께에 따라서는, 기판의 표면에 직각으로 배향된 온도 및 점도 구배가 성립됨으로써, 기판 내의 깊이 또는 두께 확장시에도 기판 재료의 열적 연화를 유도하도록 구성된다. 기판의 두께를 따른 점도 구배는 바람직하게는, 열이 인가되는 기판의 표면에 대향하는 기판 표면이, 기판 물질이 연화되기 시작하는 점도값 이상의 점도를 갖도록 하는 방식으로 구성되어야 한다. 바람직하게는, 기판은 또한 열이 제거된 하부층 상에 배치됨으로서, 하부층 상에 직접 배치된 기판 표면이 냉각될 수 있도록 구성된다.
상기 해결책에 따른 방법의 또 다른 바람직한 변형에서, 특히 열적으로 유도 된 기계적 금속 응력 및 그로 인해 야기되는 재료 균열을 피하기 위해, 국부적으로 열을 인가하기 전에 기판 전체를 예열하는 것이 가능하며, 이때 기판은 기판의 연화 온도보다 낮은 온도로 예열된다. 예열은 바람직하게는, 이에 적합한 가열로 내에서 수행될 수 있다.
국부적으로 제한된 영역 내에서 국부적으로 열을 인가함으로써 기판 표면의 연화 상태를 구현하는 표면 변형에 있어, 국부적으로 제한된 영역 내의 연화된 표면 전체에 걸쳐 국부적인 힘의 인가가 이루어질 수 있으며, 일부 영역의 경우 원하는 표면 변형의 구현 형태에 따라 힘의 인가가 국부적으로 또는 지역적으로 분배될 수 있다. 힘은 다른 방식으로 인가될 수도 있다.
힘의 인가를 위한 첫번째 방법은 기판의 연화된 표면과 광범위한 접촉을 일으키거나 또는 간섭 가능하도록 적절하게 구성된 공구를 사용하는 것이다. 이러한 방식으로, 표면에 직각으로 배향된 압착력 및/또는 표면에 비스듬히 배향된 전단력이 가해질 수 있고, 이에 의해 연화된 기판 재료가 변위됨으로써, 연화된 기판 재료의 표면에 측방향으로 향하는 변위를 야기하는데, 이는 연화된 기판의 표면 상에 나타나는 물질 변형에 의해 궁극적으로 특성화된다. 필수적인 것은 아니지만 국부 표면의 변형을 위해, 표면과 접촉하는 공구를 예열하는 것이 바람직하다.
대안적으로 또는 국부적인 표면 변형의 목적을 위해 앞서 설명된 하나 이상의 도구의 사용과 조합하여, 연화된 표면 상에 국부적으로 가해지는 정압 또는 부압을 인가하는 것이 적합한데, 이러한 압력은 표면 변형의 목적으로 적어도 기판의 국부적으로 제한된 연화 표면 상에 연속적으로 또는 펄스 방식으로 인가되도록 구성된다. 기판의 연화된 표면 상에 나타나는 국부적인 압력 구배를 제공하거나 달성하기 위해 압력 노즐이 사용되는데, 이에 의해 예컨대 압축 공기의 형태로 공간적으로 지향된 가스 흐름이 표면 상에 가해짐으로써 정압을 생성할 수 있도록 구성된다. 이와 동시에, 흡착 노즐 장치를 표면 근처에 위치시키는 것을 생각할 수 있는데, 흡착 효과에 의해 표면 근처의 부압이 적어도 일시적으로 형성될 수 있다.
국부적으로 제한된 영역 내에서 표면 상에 힘을 인가하는 또 다른 변형예는 적어도 하나의 물체를 연화된 표면에 부착하는 것으로, 여기서는 물체가 연화된 기판에 영구적으로 및/또는 견고하게 결합된 연결을 형성하도록 구성된다. 바람직하게는, 물체는 기판과 동일한 재료로 이루어지고 적어도 연화된 표면과 접촉할 때 마찬가지로 연화가 발생하며, 그 결과 궁극적으로 단단히 결합된 연결이 구현된다. 영구적인 비양성(non-positive) 연결이 형성되는 방식으로 적어도 하나의 물체에 대한 재료를 선택하는 것도 가능하다. 이는 특히, 적용될 물체의 연화 온도가 기판 재료의 연화 온도보다 높은 경우에 해당된다.
원칙적으로, 열을 인가하는 동안 및/또는 인가 후에 국부적으로 제한된 영역 내에서 일시적으로 표면에 작용하는 힘을 인가하는 것이 가능하다. 같은 방법으로, 표면 냉각 전, 도중 또는 후에 국부적으로 제한된 영역 내에서 표면에 대한 힘의 인가를 중단하는 것이 가능하다.
표면의 적어도 하나의 국부적으로 제한된 영역에서만 기판 표면을 독점적으로 가열함으로써, 에너지 절감 및 필요한 공정 시간의 현저한 단축이 예상될 수 있으며, 특히 본 발명에 따른 방법의 산업적 적용에 대한 관점에서, 필요한 가열 및 냉각 공정은 공정 비용 및 공정 시간에 상당한 영향을 미친다. 본 발명의 취지에서 벗어나지 않는 한, 단일 기판 표면상의 각각의 국부적으로 제한된 복수의 영역상에서 본 발명에 따른 방법의 수정 및 변형이 가능하다는 것이 인식되어야 한다. 이들은 이용 가능한 자원에 따라, 시간에 대해 연속 또는 비연속적으로 기판 표면 상에 적용될 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 변형 프로세스에 관여하지 않는 기판의 모든 표면 영역은 이들에 직접적으로 열을 가하지 않기 때문에, 이러한 표면 영역의 표면 품질은 전혀 영향을 받지 않는다. 또한, 연화된 기판 표면에 대한 타깃 지향성의 국부적인 힘의 인가에 의해, 가열된 기판 재료는 주로 힘의 인가에 대해 측방향으로 변위된다. 이러한 방식으로, 열의 인가와 대향하는 기판 표면은 보존되고 대체로 영향을 받지 않도록 구성된다. 기판의 에지 영역은 가열되지 않기 때문에, 따라서 변형 프로세스 동안 에지 영역으로 기계적 응력이 도입될 수 없으므로, 에지 근처의 기판 내부 응력은 특히 더욱 잘 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 바람직하게는 수동 작동을 위한 적어도 하나의 구동 소자가 생성될 수 있으며, 이들은 사용자 인터페이스 위 또는 아래로 연장되는 한편 촉각적으로 인식 가능한 구조의 크기 및 형상을 갖도록 구성되는데, 이때 적어도 사용자 인터페이스는 유리 또는 유리 세라믹 기판으로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 구동 소자는 유리 또는 유리 세라믹 재료로부터 일체로 형성되며, 따라서 예컨대 100 ㎛ 내지 수 센티미터 사이의 구조 크기를 갖는 오목 또는 볼록한 구조의 형태로, 사용자 인터페이스의 위 또는 아래에 일체적으로 상승 또는 하강된 형태의 촉각적으로 인식 가능한 구조를 형성한다.
구동 소자는 바람직하게는 일반적으로 전기 장치, 특히 가전용품의 조작 패널, 오락 장치용 패널뿐만 아니라 자동차용 조작 패널로 사용될 수 있는 압력 또는 터치 감지식 그래픽 표면의 일부분으로 구성된다. 특히 건물의 벽 기능 스위치와 같은 구동 소자의 사용 및 구성이 가능하며, 이에 의해 예컨대 램프, 난방, 냉방 또는 경보 설비와 같은 기술적 장치를 작동시킬 수 있다. 본 발명에 따른 구동 소자는 촉각적으로 인식 가능한 위치 설정 보조 장치, 압력 스위치, 푸시 스위치, 슬라이드 스위치 또는 회전 노브와 같은 형상 및 크기의 구성에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
이 경우, 사용자 인터페이스에 대응되는 기판 표면은 바람직하게는 평탄하게구성된 적어도 하나의 기술적/기능적 구동 소자 상에 배치되지만, 사용자 인터페이스를 전반적으로 곡선 또는 돔 형태로 구성하는 것도 가능하다.
기판 표면상의 촉각적으로 인식 가능한 구조 형성에 부가하여, 본 발명에 따른 방법은 또한 기판 표면상에 독점적인 시각 인식적 및/또는 광학 기능적 구조물의 구조를 형성하는 데에도 사용될 수 있다. 표면 구조는 또한, 구조의 크기가 작을 경우 촉각 터치식으로는 접근할 수 없지만 광파에 대한 굴절 및 회절 선광 구조를 형성하는 종래의 방법으로도 만들 수 있다. 이러한 방식으로, 예컨대 광학 그리드를 구현하는 것도 가능하다.
본 발명에 따라, 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 유리 또는 유리 세라믹으로 제조된 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법이 제공되며, 이에 의해 변형이 발생하지 않는 영역에서, 유리 표면이 변형 과정에서 기인하는 품질 저하를 겪지 않도록 보장한다.
본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 의해 설명되며, 이들은 모두 예시적인 것으로 이들에 의해 본 발명의 범위를 한정하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 유리 또는 유리 세라믹으로 제조된 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1a는 하부층(1) 위에 유리판(2) 형태의 기판이 평탄하게 배치된 개략도를 도시한다. 도 1b에서는 유리판(2)의 상부(5)의 국부적으로 제한된 영역(4) 내에서 국부 변형(3)이 발생한 상태를 도시하며, 이때 유리판(2)은 영역(4)에서 가열되는데, 예컨대 레이저 빔, 적외선 방출기, 가스 불꽃 등의 도움으로 인한 열(6)의 인가에 의해 국부적으로 변형되도록 구성된다. 국부적으로 제한된 영역(4) 내의 유리 기판(2)의 가열은, 국부적으로 제한된 영역(4) 내의 표면(5)이 연화되어 바람직하게는 108 내지 109 Pa.s 사이의 점도를 얻을 때까지 발생한다, 이 경우, 유리판(2)의 두께(D) 전반에 걸쳐 온도 및 점도 구배가 설정됨으로써, 유리판(2)의 뒷쪽에 해당하는 후방 측 대향 기판 표면(7)은 그 탄성 특성을 크게 유지하도록 구성된다. 바람직하게는 하부층(1)을 통해 일어날 수 있는 후방 측 유리판 표면(7)의 냉각에 의해, 유리로 하여금 후방측 기판 표면(7)에 연화가 발생하지 않도록 보장한다.
열(6)의 인가는 유리판(2)의 표면(5) 상의 국부적으로 제한된 영역(4)이 완전히 또는 거의 완전히 연화되는 즉시 종료된다. 국부적으로 제한된 영역(4)에 이음매없이 일체형으로 인접하는 유리판(2)의 잔여 표면 영역(5*)은 연화 온도 이하로 유지되므로 연화되지 않는다.
국부적으로 제한된 영역(4) 내의 표면(5)의 가열은 시간적으로는 가급적 끊임없이 연속적으로 발생하며, 연화된 표면은 힘(8)의 인가에 의해, 바람직하게는 도구의 도움으로 유리판(2)이 하부층(1) 위에 배치되어 있는 동안, 국부적으로 제한된 영역(4) 내에서 변형되도록 구성된다. 국부적으로 제한된 영역(4) 내의 표면 상에 가해지는 힘(8)의 중앙 인가에 의해, 유리 재료는 아래쪽으로 변위되며, 그 결과 유리판(2) 내의 물질의 측면 변위가 발생함으로써 힘의 인가 위치(8) 주위의 반경 방향으로 상승(9)이 발생한다.
다양한 유형의 촉각적으로 인식 가능한 표면 구조는 국부적으로 제한된 영역(4)의 가열된 표면의 형태 및 크기, 그리고 힘의 인가 유형(8)에 의해 특성화될 수 있다. 최종 표면 변형(3)의 요건 및 햅틱적 효과에 따라, 대응되는 구조 크기가 유리판으로 반영되는데, 이러한 크기는 국부 상승, 즉 바람직하게는 mm 범위 내 및 많게는 cm 범위까지의 측방향 연장을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 힘(8)의 인가와 조합하여, 바람직하게는 유리 물체(10)가 유리 기판(2)의 연화된 표면 영역 상에 배치되어 햅틱 구조체를 형성할 수 있다. 또한, 국부 가열에 의해 유리 물체(10)는 국부 연화를 겪게 되어, 유리 물체(10)와 유리 기판(2) 사이에 견고하게 결합된 연결이 형성되도록 구성된다.
또한, 예컨데 벤딩(bending)에 의해 표면 전체의 변형 전 또는 후에 유리판(2)을 형성할 수 있다. 이 목적을 위해 유리판(2)은 예컨대, 공정로에서 전체적으로 가열된다.
1 하부층
2 유리판
3 변형, 구동 소자
4 국부적으로 제한된 영역
5 유리판의 표면
5* 유리판의 국부적으로 인접한 표면 영역
6 열의 인가
7 후방 측 유리판 표면
8 힘의 인가
9 상승
10 유리 물체

Claims (19)

  1. 유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    기판의 표면으로 향하는 레이저 조사, 가스 불꽃, 적외선 방사, 전기 마이크로파 또는 플라즈마 방전에 의해 기판의 표면을 통해 국부적으로 제한된 영역 내에서만 열을 인가함으로써, 기판이 국부적으로 제한된 영역 내의 표면상에서 연화되고, 기판 내부의 온도 및 점도 구배가 국부적으로 제한된 영역 내의 표면에 대해 측방향 및 직각 방향으로 형성됨으로써, 열이 인가되는 기판의 표면에 대향하는 기판 표면이, 기판 물질이 연화되기 시작하는 점도값 이상의 점도를 갖도록 하는 방식으로 구성되는 단계;
    국부적으로 제한된 영역 내에서 연화된 표면에 직각으로 배향 및 작용하는 압착력, 또는 표면에 비스듬히 배향된 전단력을 인가함으로써, 연화된 기판 재료가 변위되고 이에 따라 연화된 기판 재료의 표면에 측방향으로 향하는 변위를 야기하며, 이러한 변위는 기판의 연화된 표면과 광범위한 접촉을 일으키거나 또는 간섭 가능하도록 구성된 공구의 사용으로 연화된 기판의 표면 상에 나타나는 물질 변형에 의해 특성화되는 단계; 및
    기판을 냉각시켜 국부 영역 내에서 변형 및 응고되는 표면을 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    기판의 매끄러운 표면은 열을 인가하는 동안 고체 물체와 접촉하지 않으며, 기판의 매끄러운 표면은 국부적으로 제한된 영역 내에서만 국부적으로 변형시키기 위한 목적으로 힘을 인가할 때 접촉하는 것을 특징으로 하는
    유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기판의 표면을 통해 국부적으로 제한된 영역 내에서만 열을 인가하기 전에, 기판은 기판의 연화 온도보다 낮은 온도로 예열되는 예열 단계를 거치는 것을 특징으로 하는
    유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    국부적으로 제한된 영역 내의 표면상의 기판이 105 내지 1011 Pa.s 사이의 점도를 얻자마자, 기판의 표면을 통해 국부적으로 제한된 영역 내에서만 수행되는 열의 인가가 종료되는 것을 특징으로 하는
    유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    표면과 접촉하는 공구는 냉각 전, 도중 또는 후에 표면으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는
    유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    국부적으로 제한된 영역 내의 표면 상에 작용하는 힘의 인가는, 적어도 하나의 촉각적 및/또는 시각적으로 인식 가능한 구조가 기판의 국부적으로 제한된 표면 상에 형성되는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는
    유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    열을 인가하는 동안 표면 상에 작용하는 힘의 인가 및 기판의 냉각은 열이 제거된 하부층 상에서 배치 및 수행되는 것을 특징으로 하는
    유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    유리 또는 유리 세라믹으로서, 소다 석회 유리(soda lime glass), 붕규산 유리(borosilicate glass), 알루미노규산염 유리(aluminosilicate glass), 석영 유리(quartz glass), 칼코겐화물 유리(chalcogenide glass), 금속 또는 세라믹과 유리의 혼합물과 같은 재료가 기판으로 선택되는 것을 특징으로 하는
    유리 또는 유리 세라믹으로 이루어진 기판의 평탄한 표면을 국부적으로 변형시키는 방법.
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