KR102342777B1 - 투명부재 성형 장치 및 성형 방법 - Google Patents

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노형석
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 투명부재 성형 장치는, 투명부재가 안착되는 스테이지; 상기 스테이지에 대향되게 배치되는 제1 금형; 상기 스테이지의 측면에 배치되며 돌출부를 갖는 제2 금형; 및 상기 제1 금형의 아래에 배치된 제3 금형을 포함하며, 상기 돌출부의 단부에 휨가이드를 갖는다.

Description

투명부재 성형 장치 및 성형 방법{A TRANSPARENT MATERIAL FORMING EQUIPMENT AND METHOD}
본 발명은 투명부재 성형 장치 및 성형 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 표시 장치용 투명부재 성형 장치 및 성형 방법 관한 것이다.
표시 장치는 발광 방식에 따라 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLEDdisplay), 플라즈마 표시 장치(plasma display panel, PDP) 및 전기 영동표시 장치(electrophoretic display) 등으로 분류된다.
이 중 유기 발광 표시 장치는 기판 상에 배치된 트랜지스터 및 그 위에 형성된 유기층을 갖는 표시패널을 포함한다.
한편, 표시패널을 보호하기 위해서 표시패널에 투명부재가 부착되는데, 이 때 투명부재의 형상은 표시패널의 형상과 대응된다.
한편, 최근에는 사용자로 하여금 몰입도를 보다 향상시키게 되고 화상 또한 보다 실감나도록 하는 곡면형 표시장치(curved display device)가 차세대 표시장치로 급부상 중이고, 이러한 곡면형 표시장치 중에서도 평면부와 곡면부에서 모두 화상을 구현할 수 있는 에지 곡면형 표시장치(edge curved display device)가 화두가 된다.
따라서, 투명부재 또한 평면부와 곡면부를 모두 포함하는 곡면형 투명부재로 성형되어야 한다.
본 발명은 양 단부에 곡면을 가진 투명부재의 성형 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명부재 성형 장치는, 투명부재가 안착되는 스테이지; 상기 스테이지에 대향되게 배치되는 제1 금형; 상기 스테이지의 측면에 배치되며 돌출부를 갖는 제2 금형; 및 상기 제1 금형의 아래에 배치된 제3 금형을 포함하며, 상기 돌출부의 단부에 휨가이드를 갖는다.
상기 휨가이드는 곡면을 갖는다.
상기 제 1 금형의 아래에 배치된 제 3 금형을 더 포함한다.
상기 제 3 금형은 휨가이드를 갖는다.
상기 제 1 금형은 상기 스테이지와 대향되는 면에 평면 및 곡면을 갖는다.
상기 스테이지는 상기 투명부재를 흡착하는 흡인 유닛을 포함한다.
상기 투명부재를 상기 스테이지에 안착시키는 이송유닛을 더 포함한다.
상기 제 1 금형은 상기 투명부재를 가열시키는 가열부 및 가열된 투명부재를 식히는 냉각부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명부재 성형 방법은 투명부재를 스테이지에 안착시키는 단계; 상기 투명부재를 가열시키는 단계; 제 1 금형을 하강시켜 상기 투명부재의 측면을 곡면으로 1차 성형하는 단계; 제 2 금형을 수평 이동시켜 상기 투명부재 곡면의 곡률 반경이 더 작아지도록 2차 성형하는 단계; 및 제 3 금형을 상승시켜 상기 투명부재 곡면의 곡률 반경이 더 작아지도록 3차 성형하는 단계를 포함한다.
가열된 상기 투명부재를 냉각시키는 단계를 더 포함한다.
제 3 금형을 상승시켜 상기 투명부재 곡면의 곡률 반경이 더 작아지도록 3차 성형하는 단계를 더 포함한다.
상기 1차 성형하는 단계와 상기 2차 성형하는 단계는 동시에 진행한다.
상기 1차 성형하는 단계와 상기 2차 성형하는 단계가 동시에 진행한 후 3차 성형하는 단계가 진행한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작은 곡률반경을 갖는 투명부재를 제조할 수 있는 효과가 있다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명부재 성형 장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명부재 성형 장치의 측면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명부재의 성형과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 투명부재 성형 장치(10)를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치(10)의 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명부재 성형 장치(10)는 스테이지(100), 이송유닛(110), 가열부(120), 제 1 금형(130), 제 2 금형(140), 냉각부(150)를 포함한다.
우선, 투명부재 성형 장치(10)는 투명부재(1)의 곡면을 형성하기 위한 장치이며, 투명부재(1)는 유리, 플라스틱 등 투명한 모든 재료를 포함한다.
우선, 스테이지(100)는 이동유닛(101) 및 흡인 구멍(102)을 포함한다.
스테이지(100)는 흑연 재질, 스테인레스계의 금속 재질을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
스테이지(100)는 투명부재(1)가 안착되는 공간으로 흡인 구멍(102)을 갖는다.
흡인 구멍(102)은 스테이지(100)에 복수개 형성되어 있고, 흡인 유닛(103)의 배관과 연결되어 있어 투명부재(1)가 스테이지(100)에 안착될 수 있도록 한다.
이동유닛(101)(Moving Unit)은 스테이지(100)를 상하 또는 좌우로 이동시킬 수 있는 유닛으로, LM 가이드(Linear Motion Guide) 및 모터를 포함한다.
이동유닛(101)은 LM가이드를 따라 이동될 수 있다.
흡인 유닛(103)은 진공을 이용하여 투명부재(1)를 흡인할 수 있고, 예로써 진공 펌프, 진공 이젝터 등이 사용될 수 있다.
이송유닛(110) (Feeding Unit)은 투명부재(1)를 스테이지(100)로 로딩하여 스테이지(100)에 안착시키도록 한다. 이송유닛(110)은, 픽업/픽업해제수단(112), 이동로봇(113) 및 제어수단(미도시)를 포함한다.
진공픽업/픽업해제수단(112)은 투명부재(1)를 진공으로 픽업한다.
이동로봇(113)은 투명부재(1)를 픽업할 수 있도록 진공픽업/픽업해제수단(112)를 승하강 할 수 있으며, 아울러 투명부재(1)를 스테이지(10)상으로 이동시킬 수 있다.
제어수단(미도시)은 픽업/픽업해제수단(112) 및 이동로봇(113)을 제어한다.
진공픽업/픽업해제수단(112)은 진공픽업 수단 내부로 공기를 흡입할 수 있는 다수 개의 공기유통로(미도시)와, 공기 유통로를 통해 흡입된 공기가 모이는 공기헤더, 공기헤더의 하부에 연결되며 공기헤더 내의 공기를 균일하게 흡입하기 위해 다수 개의 흡입구가 구비된 흡입헤더를 포함할 수 있으며, 흡입헤더는 공기배출구와 연결되어 흡입한 공기를 배출라인을 통해 진공펌프로 배출한다.
진공픽업/픽업해제수단(112)과 공기헤더에서의 압력은 50~750 Torr이 되도록 진공펌프에서 흡입하는 것이 바람직하다.
가열부(120)는 아래에 설명할 제 1 금형(130)의 내부에 위치한다.
가열부(120)는 투명부재(1)를 가열시킬 수 있는 별도의 열원에 의해 고온의 열을 가할 수 있으며, 투명부재(1) 가열 온도는 약 500~ 700 ℃ 가 바람직하다
가열부(120)는 탄화규소(SiC), 이규화몰리(MoSi2)를 주원료로 제조된 비금속 발열체로서 발열체를 플레이트 타입, 플레이트 어셈블리, 원적외선 세라믹 가열부(120) 또는 메탈열선 가열부(120) 군에서 선택된 하나를 사용할 수 있다.
단, 가열부(120)는 가열할 수 있는 모든 수단을 포함하며, 이에 한정되지 않는다.
제 1 금형(130)은 스테이지(100)와 대향되게 배치되며, 프레스 유닛(133) 을 포함한다.
제 1 금형(130)은 흑연 재질, 스테인레스계의 금속 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 금형(130)은 하면에 투명부재(1)와 대향되는 평면부(131)과 평면의 좌우측으로부터 연장된 오목부(132)을 포함한다
평면부(131) 및 오목부(132)은 제 1 금형(130)으로부터 분리가능하도록 구성되어, 필요에 따라 평면부(131) 또는 오목부(132)을 변형시킬 수 있다. 즉, 제 1 금형(130)의 오목부(132)은 필요한 투명부재(1) 형상에 따라 교체 가능하다.
프레스 유닛(133)은 제 1 금형(130)을 수직방향으로 이동시킬 수 있는 승강 실린더(미도시)를 포함하고, 서브 모터에 의해 제 1 금형(130)의 이동 속도, 압력 등을 제어할 수 있다.
제 2 금형(140)은 스테이지(100)의 측면에 배치되며, 기둥부(141)와 돌출부(142)를 포함한다.
제 2 금형(140)은 흑연 재질, 스테인레스계의 금속 재질로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 2 금형(140)은 스테이지(100)의 좌우 측면에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
기둥부(141)는 이동유닛(101) 상에 배치된다.
돌출부(142)는 스테이지(100) 방향을 향하는 돌출된 부분이다. 돌출부(142)의 단부에 휨가이드(143)가 형성된다.
휨가이드(143)는 제 1 금형(130)에 의해 만곡된 투명부재(1)의 곡면을 2차로 가압하여 투명부재(1)의 곡면의 곡률 반경이 더 작아지도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 휨가이드(143)는 곡면으로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 제작하고자 하는 투명부재(1)의 형상에 따라 다양하게 제작될 수 있다.
냉각부(150)는 제 1 금형(130) 내측에 배치되어 성형이 완료된 투명부재(1)를 냉각한다. 냉각부(150)는 냉각수 또는 냉각공기 등이 통과하여 가열된 투명부재(1)를 점차적인 냉각하거나, 또는 급냉할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명부재 성형 장치의 측면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형 장치(20)는 스테이지(200), 이송유닛(210), 가열부(220), 제 1 금형(230), 제 2 금형(240), 냉각부(250), 및 제 3 금형(260)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 성형 장치(20)에 관한 설명 가운데 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치(10)에 관한 설명과 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
제 3 금형(260)은 제 1 금형(230)의 아래에 배치된다.
도 2를 참조하면, 제 3 금형(260)은 단부에 휨가이드(261)를 포함한다.
휨가이드(261)는 제 1 금형(230) 및 제 2 금형(240)에 의해 만곡된 투명부재(1)의 곡면을 3차로 가압한다.
따라서 투명부재(1)의 곡률반경은 더 작아진다.
본 발명의 일 실시예에서는 휨가이드(261)가 곡면으로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 제작하고자 하는 투명부재(1)의 형상에 따라 다양하게 제작될 수 있다.
제 3 금형(260)은 흑연 재질, 스테인레스계의 금속 재질로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서는 제 3 금형(260)이 스테이지(100)의 좌우 측면에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
지금까지 본 성형 장치(10,20)의 구성에 대해서 설명하였고, 이하에서 본 발명에 따른 투명부재 성형 방법의 일 실시예를 설명한다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명부재 성형 과정을 나타낸 도면이다.
우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, 이송유닛(110)을 이용하여 투명부재(1)를 스테이지(100)에 안착시킨다.
이송유닛(110)은 진공픽업/픽업해제수단(112)에 의해 투명부재(1)를 진공으로 흡착한 후, 직선이동로봇(113)에 의해 스테이지(100)로 진공픽업/픽업해제수단(112)을 이동시킨다.
다음, 진공픽업/픽업해제수단(112)은 진공으로 흡착한 투명부재(1)에 대하여 진공 해제하여 스테이지(100) 상에 안착시킨다. 그리고, 직선이동로봇(113)을 이용하여 진공픽업/픽업해제수단(112)을 투명부재(1) 로딩의 역방향으로 이동시켜 초기 위치로 복귀시킨다.
이 때, 스테이지(100)의 흡인 유닛(103)은 진공으로 투명부재(1)를 합착하여, 투명부재(1)를 스테이지(100)에 임시 고정시킨다.
다음, 도 3b를 참조하면, 가열부(120)는 투명부재(1)를 가열하여 약 600 ~ 800℃의 성형온도로 가열시킨다.
다음, 프레스 유닛(133)을 이용하여 제 1 금형(130)을 하강시켜, 스테이지(100)에 안착된 투명부재(1)와 밀착되도록 가압한다. 투명부재(1)는 제 1 금형(130)과 스테이지(100) 사이에서 가압 받음으로써, 투명부재(1)의 좌/우측 외곽 부분이 곡면 형태로 1차 성형된다. 다음 제 1 금형(130)은 일시정지한다.
다음 도 3c를 참조하면, 제 2 금형(140)을 투명부재(1) 방향으로 수평이동시켜 투명부재(1)의 곡면 부분과 제 2 금형(140)의 휨가이드(142)를 밀착시킨 후, 투명부재(1)의 곡면 부분을 가압한다. 투명부재(1)는 곡면 부분이 재가압됨으로써, 곡면 부분의 곡률 반경이 더 작아지도록 2차 성형된다.
단, 본 발명의 실시예에서 제 2 금형(140)은 제 1 금형(130)의 하강 단계 이후에 공정이 진행되는 것으로 설명하였으나, 제 1 금형(130)이 하강하는 단계와 제 2 금형(140)이 이동하는 단계는 동시에 진행될 수 있다.
가열 공정에 의해 곡면을 갖는 투명부재(1)의 외형이 완성되면, 냉각부(150)에서 점차적인 냉각 과정을 거친다. 냉각과정은 냉각부(150)를 통해 냉각수 또는 냉각공기 등이 통과하는 방식으로 진행될 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 안착단계, 가열단계 및 냉각단계는 순차이동(Conveyer Belt) 방식 또는 로터리(Rotay) 방식에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 2차 성형 다음 3차 성형이 진행될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 2차 성형 이후, 제 3 금형(260)을 투명부재(1) 방향으로 상승시켜 투명부재(1)와 제 3 금형의 휨가이드(261)를 밀착시킨 후, 투명부재(1)의 곡면 부분을 가압시킬 수 있다. 투명부재(1)는 곡면 부분이 재가압됨으로써, 곡면 부분의 곡률 반경이 더 작아지도록 3차 성형된다.
다음, 투명부재(1)의 외형이 완성되면, 냉각부(150)에서 점차적인 냉각 과정을 거친다.
이상에서 도면 및 실시예를 중심으로 본 발명을 설명하였다. 상기 설명된 도면과 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 스테이지부, 130: 제 1 금형
140: 제 2 금형

Claims (13)

  1. 투명부재가 안착되는 스테이지;
    상기 스테이지에 대향되게 배치되는 제1 금형;
    상기 스테이지의 측면에 배치되며 돌출부를 갖는 제2 금형; 및
    상기 제1 금형의 아래에 배치된 제3 금형을 포함하며,
    상기 돌출부의 단부에 휨가이드를 갖는 투명부재 성형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 휨가이드는 곡면을 갖는 투명부재 성형 장치
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 금형은 휨가이드를 갖는 투명부재 성형 장치
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 금형은 상기 스테이지와 대향되는 면에 평면부 및 상기 평면부로부터 연장된 곡면부를 갖는 투명부재 성형 장치
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 투명부재를 흡착하는 흡인 유닛을 포함하는 투명부재 성형 장치
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 투명부재를 상기 스테이지에 안착시키는 이송유닛을 더 포함하는 투명부재 성형 장치
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 금형은 상기 투명부재를 가열시키는 가열부 및
    가열된 상기 투명부재를 식히는 냉각부를 더 포함하는 투명부재 성형 장치
  9. 투명부재를 스테이지에 안착시키는 단계;
    상기 투명부재를 가열시키는 단계;
    제 1 금형을 하강시켜 상기 투명부재의 측면을 곡면으로 1차 성형하는 단계;
    제 2 금형을 수평 이동시켜 상기 투명부재 곡면의 곡률 반경이 더 작아지도록 2차 성형하는 단계; 및
    제 3 금형을 상승시켜 상기 투명부재 곡면의 곡률 반경이 더 작아지도록 3차 성형하는 단계를 포함하는 투명부재 성형 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    가열된 상기 투명부재를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 투명부재 성형 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 1차 성형하는 단계와 상기 2차 성형하는 단계는 동시에 진행하는 투명부재 성형 방법
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 1차 성형하는 단계와 상기 2차 성형하는 단계가 동시에 진행한 후 3차 성형하는 단계가 진행하는 투명부재 성형 방법
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