KR102457804B1 - 유리의 곡면 성형 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 실시예는, 지면으로부터 판형 유리를 상방으로 이격하여 지지하는 지지유닛을 포함하며, 상기 지지유닛은 소정의 중심점을 중심으로 양 측에 서로 대향되어 있는 한 쌍의 제1지지부 및 한 쌍의 제2지지부를 포함하며, 상기 판형 유리의 테두리와 상기 제1지지부가 접촉하는 제1접촉지점과, 상기 판형 유리의 테두리와 상기 제2지지부가 접촉하는 제2접촉지점을 서로 연결하는 가상의 선을 기준선으로 설정하는 경우, 상기 판형 유리는 상기 기준선의 중심으로부터 상기 접촉지점으로 갈수록 상기 기준선과 상기 판형 유리의 테두리 사이의 거리가 점차 짧아지도록 상기 지지부에 의해 지지되는, 유리의 곡면 성형 시스템을 제공한다.

Description

유리의 곡면 성형 시스템{THE SYSTEM FOR CURVATURE FORMING Of GLASS}
본 발명은 유리에 곡면을 성형할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
유리는 특유의 투명함으로 인해 다양한 생활공간에 적용되어 온 소재이다. 특히, 유리가 사용되는 목적에 따라 곡면을 이루며 휘어진 형태의 곡면 유리가 사용되고 있다. 또한, 그 용도에 따라 두께가 얇은 박판 유리를 곡면으로 성형하여 사용하고 있다.
판형 유리를 곡면으로 성형하는 방법으로, 자중성형 방법과 압착성형 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
자중성형 방법으로 차량용에 사용되는 대형 유리의 곡면을 성형하는 경우에는 도 1a와 도시된 바와 같은 곡면 성형 시스템이 주로 이용된다. 이러한 성형 시스템은 판형 유리(G)의 각진 부분에 상하로 연장된 지지봉(10)을 배치하여 판형 유리(G)를 지면으로부터 상방으로 이격시킨 뒤 유리의 연화점(일반적으로 유리의 전이온도보다 100℃ 정도 이상 높은 온도)부근까지 온도를 상승시켜, 유리의 중심부(C)에 집중적으로 작용하는 자중에 의해 굽힘(sagging)되는 것을 이용하여 성형한다. 이러한 성형 시스템은, 유리의 연화점 부근의 온도에서 성형이 이루어지기 때문에, 빠른 굽힘 성형이 가능하며 유리의 좌우방향 축 및 상하방향 축 각각을 중심으로 하는 2축 곡면 성형이 가능하다는 장점이 있다. 반면, 유리의 연화점 부근의 온도에서의 성형이 이루어지기 때문에, 무알칼리 유리의 경우에는 연화점이 900 ℃ 정도에 이를 정도로 공정온도가 높아 성형틀 제작시 이러한 공정온도에 견딜 수 있는 재료의 선정이 어렵고 그 비용 또한 높으며, 연화점 부근의 온도에서의 성형은 유리에 성형틀의 형상이 전사되는 경우가 있어 표면 품질이 저하되는 문제가 있다.
자중성형 방법으로 시계, 스마트폰 등에 사용되는 소형 유리의 곡면을 성형하는 도 1b에 도시된 바와 같은 곡면 성형 시스템이 주로 이용된다. 이러한 성형 시스템은 판형 유리(G)의 하부에 판형 유리(G)를 이등분하는 영역을 지지하는 지지플레이트(20)를 배치하여 판형 유리(G)를 지면으로부터 상방으로 이격시킨 뒤 유리의 전이온도 부근(유리의 전이온도 + 50 ℃ 이내)까지 온도를 상승시킨다. 판형 유리(G)는 지지플레이트(20)에 의해 지지되지 않는 양측 영역에 집중적으로 작용하는 자중으로 인한 처짐에 의해 성형될 수 있다. 이러한 성형 시스템은, 유리의 연화점보다는 낮은 유리의 전이온도 부근에서 성형이 이루어지기 때문에, 유리의 연화점 부근에서 성형이 이루어지는 경우보다 공정온도에 견딜 수 있는 재료의 선정이 용이하고, 성형틀의 형상이 유리에 전사되는 것도 방지될 수 있어 표면 품질이 우수한 장점이 있다. 다만, 판형 유리(G)를 이등분하는 1축 영역을 지지하는 지지플레이트(20)를 이용하기 때문에, 1축 곡면 성형은 가능하나 2축 이상의 곡면 성형은 곤란하다는 단점이 있다.
따라서, 표면 품질이 우수하면서도 2축 이상의 곡면 성형이 가능하고 또한 성형틀 재료 선정부터 제작이 용이한 유리의 곡면 성형 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명은 표면 품질이 우수한 유리의 곡면 성형 시스템을 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 실시예는, 지면으로부터 판형 유리를 상방으로 이격하여 지지하는 지지유닛을 포함하며, 상기 지지유닛은 소정의 중심점을 중심으로 양 측에 서로 대향되어 있는 한 쌍의 제1지지부 및 한 쌍의 제2지지부를 포함하며, 상기 판형 유리의 테두리와 상기 제1지지부가 접촉하는 제1접촉지점과, 상기 판형 유리의 테두리와 상기 제2지지부가 접촉하는 제2접촉지점을 서로 연결하는 가상의 선을 기준선으로 설정하는 경우, 상기 판형 유리는 상기 기준선의 중심으로부터 상기 접촉지점으로 갈수록 상기 기준선과 상기 판형 유리의 테두리 사이의 거리가 점차 짧아지도록 상기 지지부에 의해 지지되는, 유리의 곡면 성형 시스템을 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 제1지지부를 서로 연결하는 가상의 제1연결선과, 상기 한 쌍의 제2지지부를 서로 연결하는 가상의 제2연결선은, 서로 수직하게 교차할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1지지부는 소정의 폭을 가지고 상기 제1연결선을 따라 연장되어 있으며, 상기 제2지지부는 소정의 폭을 가지고 상기 제2연결선을 따라 연장되어 있을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부 중 적어도 하나는 상하 이동이 가능할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 판형 유리를 가열하는 가열 유닛을 포함하며, 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부 중 적어도 하나는 상기 판형 유리의 온도가 적어도 설정된 목표 온도에 도달한 이후에 하방으로 이동될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 목표 온도는 하기 수학식 1을 만족하도록 설정될 수 있다.
[수학식 1]
Tg ≤ Ta ≤ Tg + 50℃
상기 수학식 1에서 Tg 는 상기 판형 유리의 유리 전이온도고, Ta 는 상기 목표 온도이다.
본 실시예에 있어서, 상기 판형 유리는 제1판형 유리와 상기 제1판형 유리 상측에 위치하되 상기 제1판형 유리보다 전이온도가 더 낮은 제2판형 유리를 포함하며,
상기 목표 온도는 하기 수학식 2을 만족하도록 설정될 수도 있다.
[수학식 2]
Tg1 ≤ Ta ≤ Tg1 + 50℃
상기 수학식 1에서 Tg1 는 상기 제1판형 유리의 유리 전이온도고, Ta 는 상기 목표 온도이다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부 중 적어도 하나는, 상기 판형 유리에 설정된 목표 곡률이 형성된 이후에 하방으로 이동될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 지지유닛은 상기 판형 유리의 중앙부 하방에 배치되는 중앙 지지부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 중앙 지지부는 상면이 곡면으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 2축 이상의 곡면 성형이 가능하면서도 표면 품질이 우수한 유리의 곡면 성형이 가능할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 성형틀의 재료 선정을 용이하게 하여 성형틀의 제작 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 유리의 곡면 성형 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리의 곡면 성형 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실 실시예에 따른 한 쌍의 제1지지부 및 한 쌍의 제2지지부와, 판형 유리의 위치 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 4d은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리의 곡면 성형 시스템을 이용하여 판형 유리의 곡면을 성형하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 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. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리의 곡면 성형 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실 실시예에 따른 한 쌍의 제1지지부 및 한 쌍의 제2지지부와, 판형 유리의 위치 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리의 곡면 성형 시스템(100)은, 지면으로부터 판형 유리(G)를 상방으로 이격하여 지지하는 지지유닛을 포함할 수 있다.
지지유닛은 소정의 중심점(C)을 중심으로 양 측에 서로 대향되어 있는 한 쌍의 제1지지부(110a, 110b) 및 한 쌍의 제2지지부(120a, 120b)를 포함할 수 있다.
제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b)의 재질은 후술하는 목표 온도 정도에서 반복 사용하더라도 내구성 및 변형에 취약하지 않은 재질이라면 제한없이 선택되어 이용될 수 있다. 예를 들면, 판형 유리(G)가 소다라임 유리라면, 유리 전이 온도가 500 내지 650 ℃ 부근이므로, 제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b)는 세라믹 재질 외에도 SUS 재질이 이용될 수 있다. 판형 유리(G)가 무알칼리 유리라면, 유리 전이 온도가 700 ℃ 이상이기 때문에 제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b)는 세라믹 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
판형 유리(G)의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 일 실시예로서 사각형상인 것을 중심으로 설명하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 일 실 실시예에 따른 한 쌍의 제1지지부(110a, 110b) 및 한 쌍의 제2지지부(120a, 120b)와, 판형 유리(G)의 위치 관계를 설명하기 위하여, 판형 유리(G)의 테두리와 제1지지부(110a, 110b)가 접촉하는 제1접촉지점(P1)과, 판형 유리(G)의 테두리와 제2지지부(120a, 120b)가 접촉하는 제2접촉지점(P2)을 서로 연결하는 가상의 선을 기준선(A)으로 설정하도록 한다.
일 실시예의 경우에는, 제1접촉지점(P1) 및 제2접촉지점(P2)은 각각 두 지점이며, 기준선(A)은 제1접촉지점(P1) 및 제2접촉지점(P2)의 조합에 의해 도출되므로, 총 4개가 설정된다(2C1 * 2C1 = 4).
판형 유리(G)는 기준선(A)의 중심(CA)으로부터 접촉지점(P1, P2)으로 갈수록 기준선(CA)과 판형 유리(G)의 테두리 사이의 거리가 점차 짧아지도록 배치되어 제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b)에 의해 지지될 수 있다. 도 3을 참조하면, 기준선(A)과 수직한 방향 기준으로 기준선(A)의 중심(CA)과 판형 유리(G)의 테두리 사이의 거리(dc)는, 기준선(A)의 중심(CA)과 제1접촉지점(P1) 사이의 임의의 지점과 판형 유리(G)의 테두리 사이의 거리(d1) 또는 제2접촉지점(P2) 사이의 임의의 지점과 판형 유리(G)의 테두리 사이의 거리(d2)보다 길다.
유리의 곡면 성형 시스템(100)은, 한 쌍의 제1지지부(110a, 110b)를 서로 연결하는 가상의 제1연결선(L1)과, 한 쌍의 제2지지부(120a, 120b)를 서로 연결하는 가상의 제2연결선(L2)은, 서로 수직하게 교차할 수 있다. 이 때, 판형 유리(G)는 그 중심이 제1연결선(L1)과 제2연결선(L2)의 교차점인 소정의 중심점(C)에 위치하도록 배치시키는 것이 바람직하다. 제1연결선(L1)과 제2연결선(L2)의 교차에 의해 형성되는 사분면에 위치하는 판형 유리(G)의 각 영역 면적을 실질적으로 동일하게 하여 추후 열을 가하여 판형 유리(G)의 성형이 이루어질 때 상기 각 영역 면적에서 실질적으로 균등하게 하방으로 처지는 성형을 유도할 수 있다.
제1지지부(110a, 110b)는 소정의 폭을 가지고 제1연결선(L1)을 따라 연장될 수 있다. 마찬가지로, 제2지지부(120a, 120b)도 소정의 폭을 가지고 상기 제2연결선을 따라 연장될 수 있다.
지지유닛은 판형 유리(G)의 중앙부 하방에 배치되는 중앙 지지부(130)를 포함할 수 있다. 중앙 지지부(130)는 상면이 곡면으로 형성될 수 있다. 이러한 중앙 지지부(130)의 곡면부는 상방으로 볼록한 형태인 것이 바람직하며, 일 예로는 반구의 형상을 가질 수 있다. 중앙 지지부(130)의 재질 또한 후술하는 목표 온도 정도에서 반복 사용하더라도 내구성 및 변형에 취약하지 않은 재질이라면 제한없이 선택되어 이용될 수 있다. 이러한 중앙 지지부(130)는 공정 초기부터 판형 유리(G)의 하부를 지지할 수도 있고, 또는 공정 초기에는 판형 유리(G)로부터 하방으로 이격되어 있다가 공정 진행 중 후술하는 제1지지부(110a, 110b) 및/또는 제2지지부(120a, 120b)의 하방 이동에 의해 판형 유리(G)가 하방 이동하여 접촉됨으로써 판형 유리(G)의 하부를 지지할 수도 있다. 또는 중앙 지지부(130)가 공정 초기에 공정 초기에는 판형 유리(G)로부터 하방으로 이격되어 있다가 공정 진행 중 중앙 지지부(130)가 상방으로 이동하여 판형 유리(G)가 접촉됨으로써 판형 유리(G)의 하부를 지지할 수도 있다.
제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b) 중 적어도 하나는 상하 이동이 가능할 수 있다. 제1지지부(110a, 110b) 및/또는 제2지지부(120a, 120b)의 상하이동은 유리의 전이온도 미만에서는 판형 유리(G)의 높이 조절을 위해 수행될 수 있으며, 유리의 전이온도 이상에서는 판형 유리(G)의 곡면 성형시 곡률을 조절하기 위해 수행될 수 있다.
유리의 곡면 성형 시스템(100)은 판형 유리(G)의 온도를 성형이 용이한 온도로 상승시키기 위해 가열 유닛(미도시)을 포함할 수 있다. 이 때, 가열 유닛은 적어도 설정된 목표 온도에 도달할 때까지 유리(G)를 가열하는 것이 바람직하다. 여기서, 목표 온도는 하기 수학식 1을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Tg ≤ Ta ≤ Tg + 50℃
수학식 1에서 Tg 는 판형 유리(G)의 유리 전이온도고, Ta 는 목표 온도이다.
목표 온도를 판형 유리(G)의 적어도 유리 전이온도 부근까지로 설정함으로써, 판형 유리(G)가 변형에 의한 성형이 가능하도록 한다. 다만, 목표 온도는 판형 유리(G)의 유리 전이온도보다 50℃를 초과하지 않도록 하여, 판형 유리(G)가 연화점 부근까지 도달되지 않도록 함으로써 유리에 지지유닛의 형상이 전사되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 곡면 성형되는 유리의 품질이 향상될 수 있다.
지지유닛에 의해 지지되는 판형 유리는 일 실시예로서 단일 판형 유리인 것을 중심으로 설명하였으나, 다른 실시예로서 판형 유리는 복수의 단일 판형 유리가 적층된 형태일 수도 있다.
예를 들어, 복수의 단일 판형 유리가 적층된 형태의 판형 유리는 제1판형 유리와, 제1판형 유리 상측에 배치된 제1판형 유리보다 유리 전이온도가 더 낮은 제2판형 유리를 포함할 수 있다. 이 때, 목표 온도는 하기 수학식 2을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.
[수학식 2]
Tg1 ≤ Ta ≤ Tg1 + 50℃
수학식 2에서 Tg1 는 제1판형 유리의 유리 전이온도고, Ta 는 상기 목표 온도이다.
목표 온도를 적어도 제1판형 유리의 유리 전이온도 부근까지로 설정함으로써, 제1판형 유리 및 제2판형 유리 모두 변형에 의한 성형이 가능하도록 한다. 다만, 목표 온도는 제1판형 유리의 유리 전이온도보다 50℃를 초과하지 않도록 하여, 제1판형 유리가 연화점 부근까지 도달되지 않도록 함으로써, 지지유닛과 직접적으로 접촉하는 제1판형 유리에 지지유닛의 형상이 전사되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 곡면 성형되는 유리의 품질이 향상될 수 있다. 예를 들어, 제1판형 유리는 무알칼리 유리이고, 제2판형 유리는 소다라임 유리라면, 제1판형 유리의 유리 전이온도는 제2판형 유리의 연화점 온도와 비슷할 수 있다. 목표 온도를 제1판형 유리의 유리 전이온도 부근까지로 설정한다면, 제1판형 유리 및 제2판형 유리가 해당 목표 온도에 도달한 경우 제1판형 유리 및 제2판형 유리 모두 변형에 의해 성형이 될 수 있다. 제2판형 유리의 온도는 연화점 부근까지 도달하므로 제1판형 유리보다 더욱 변형이 용이한 상태가 되어 전체적으로 제1판형 유리 및 제2판형 유리의 곡면 성형을 가속화시킬 수 있다. 또한, 제2판형 유리는 변형에 의해 제1판형 유리에 밀착되어 제1판형 유리의 성형 정도를 추종할 수 있는 바, 이는 서로 다른 종류의 판형 유리가 동시에 비슷한 형태로 성형될 수 있다는 의미이기도 하다. 아울러, 제2판형 유리가 제1판형 유리의 상측에 위치하므로, 제2판형 유리의 하중에 의해 제1판형 유리의 성형 속도 또한 가속되는 장점이 있다.
제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b) 중 적어도 하나는 판형 유리(G)의 온도가 적어도 설정된 목표 온도에 도달한 이후에 하방으로 이동될 수 있다. 특히, 제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b) 중 적어도 하나는, 판형 유리(G)에 설정된 목표 곡률이 형성된 이후에 하방으로 이동되는 것이 바람직하다.
목표 온도는 판형 유리(G)의 유리 전이온도 부근이기 때문에 판형 유리(G)는 변형 가능한 상태가 되고, 제1연결선(L1)과 제2연결선(L2)의 교차에 의해 형성되는 사분면에 위치하는 판형 유리(G)의 각 영역은 제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b)에 의해 지지되어 있지 않기 때문에 자중에 의해 쳐지는 현상이 발생하며, 점차 판형 유리(G)의 중심부는 상방으로 볼록해지게 된다. 즉, 판형 유리(G)에 곡률이 형성되며 그 곡률은 시간이 갈수록 자중에 의해 점차 커지게 된다.
그리고, 판형 유리(G)에 미리 설정된 목표 곡률이 형성된 다음에는 판형 유리(G)의 중앙부가 중앙 지지부(130)의 곡면부에 의해 그 곡면부 곡률에 근접하도록 점차 상방으로 볼록해지는 성형이 유도될 수 있도록, 제1지지부(110a, 110b) 및/또는 제2지지부(120a, 120b)는 하방으로 이동될 수 있다.
구체적으로, 중앙 지지부(130)는 판형 유리(G)의 중심부를 하방에서 지지하도록 배치되기 때문에, 중앙 지지부(130)의 곡면부에 의해 판형 유리(G)의 중앙부는 상방으로 볼록한 상태의 성형이 유도될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리의 곡면 성형 시스템을 이용하여 판형 유리의 곡면을 성형하는 과정을 설명하기로 한다.
도 4a 내지 4d은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리의 곡면 성형 시스템을 이용하여 판형 유리의 곡면을 성형하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
우선, 판형 유리(G)를 기준선(A)의 중심(CA)으로부터 접촉지점(P1, P2)으로 갈수록 기준선(A)과 판형 유리의 테두리 사이의 거리가 점차 짧아지도록 제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b)에 의해 지지시킨다(도 4a 참조).
그리고, 가열유닛을 통해 판형 유리(G)의 온도가 적어도 설정된 목표 온도까지 도달하도록 판형 유리를 가열한다(도 4a 참조).
판형 유리(G)가 목표 온도에 도달하면, 판형 유리(G)의 제1연결선(L1)과 제2연결선(L2)의 교차에 의해 형성되는 사분면에 위치하는 판형 유리(G)의 각 영역은 쳐지는 변형이 발생한다(도 4b 참조).
판형 유리(G)에 미리 설정된 목표 곡률이 형성된 이후에는 제1지지부(110a, 110b) 및 제2지지부(120a, 120b)를 하방으로 이동시켜 판형 유리(G)에 더 큰 곡률이 형성될 수 있도록 한다. 이 때, 중앙 지지부(130)의 곡면부는 판형 유리(G)의 중앙부를 접촉 지지하게 되기 때문에 판형 유리(G)의 중앙부는 곡면부에 의해 상방으로 볼록해지는 곡면 성형이 유도된다(도 4c 참조).
베이스부(110)는 피성형물인 판상의 유리(G)가 안착될 수 있는 안착면을 구비한 구조체이다. 일 실시예로서, 베이스부(110)는 직육면체의 구조체로 구비될 수 있다. 베이스부(110)의 일면(110a)에, 보다 상세히는, 상면에 유리(G)가 안착될 수 있다. 베이스부(110)의 재질은 당업계에서 사용되는 곡면 유리 성형용 몰드의 재질을 제한없이 선택하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 베이스부(110)의 일면(110a)에 안착되는 유리의 성형 온도에서도 변형되지 않는 재질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 베이스부(110)는 세라믹으로 형성된 것일 수 있다.
복수의 홀(111)은 베이스부(110)의 일면(110a)에 형성되어 구비될 수 있다. 복수의 홀(111)은 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스부(110)의 일면(110a)으로부터 하방으로 오목하게 형성된 홈 형태이거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스부(110)의 일면(110a)과 타면(110b) 사이를 관통하는 관통공 형태일 수 있다. 각 홀(111)은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상을 가질 수 있으나, 이하에서는 원형인 것을 중심으로 설명하기로 한다.
복수의 지지부(120)는 각각 대응되는 홀(111)에 배치되어 홀(111)의 길이 방향(각 도면 기준 z축 방향)을 따라 베이스부(110)에 대해 상대이동이 가능할 수 있다. 복수의 지지부(120)의 일단부는, 보다 상세히는, 상단부가 유리(G)를 지지할 수 있다. 지지부(120)는 홀(111)의 길이 방향을 따라 길게 연장 형성되며, 그 수평단면은 각 홀(111)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이하에서는, 지지부(120)의 수평단면이 원형인 것을 중심으로 설명하기로 한다. 유리의 곡면 성형 장치(1000)는 지지부(120)를 상대이동시키기 위하여 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 구동부는 지지부(120)에 구동력을 전달하기 위한 모터, 액추에이터 등을 포함할 수 있다. 지지부(120)의 재질은 당업계에서 사용되는 곡면 유리 성형용 몰드의 재질을 제한없이 선택하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 지지부(120)의 일단부에 접촉되는 유리의 성형 온도에서도 변형되지 않는 재질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 지지부(120)는 세라믹으로 형성된 것일 수 있다.
복수의 홀(111) 및 복수의 지지부(120)는 2차원적으로 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 여기서, 용어 "2차원적으로 이격되어 배치"와 대비되는 용어 "1차원적으로 이격되어 배치"의 의미는, xy 수평면 기준 x축 방향으로만 이격되어 배치되거나, y축 방향으로만 이격되어 배치되는 것을 의미한다. 반면, "2차원적으로 이격"의 의미는 xy 수평면 기준 x축 방향으로도 이격되어 배치되고, y축 방향으로도 이격되어 배치되는 것을 의미한다.
유리의 곡면 성형 장치(1000)는 테두리 홀(113) 및 테두리 지지부(130)를 더 포함할 수 있다.
테두리 홀(113)은 홀(111)보다 베이스부(110)의 외측에 배치될 수 있다. 테두리 홀(113)은 유리(G)의 테두리부(도 2, 4, 5 및 6 기준 유리(G)의 양단부)의 형성 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 유리(G)가 사각형 형상이라면, 테두리 홀(113)은 도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 직선형으로 길게 연장되어 형성될 수 있다. 아울러, 테두리 홀(113)은 유리(G)의 마주보는 양 변에 대응되도록 한 쌍으로 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 테두리 홀(113)은 유리(G)의 마주보는 두 변에 대응되도록 2개가 구비되어 있지만, 유리(G)의 모든 변에 대응되도록 4개가 구비될 수도 있다.
테두리 지지부(130)는 유리(G)의 테두리부를, 테두리부의 형성 방향을 따라 길게 지지할 수 있도록, 수평단면(xy 평면 단면) 형상이 테두리부의 형성 방향을 따라, 길게 형성될 수 있다. 테두리 지지부(130)는 복수의 지지부(120)과 마찬가지로, 베이스부(110)에 대해 상대이동할 수 있다. (도 1 및 도 3에는 우측 테두리 지지부의 도시를 생략하였다.)
베이스부(110)에 안착된 유리(G)는 곡면 성형을 위해 가열 유닛(미도시)을 통해 가열될 수 있다. 이 때, 가열 유닛은 적어도 설정된 목표 온도에 도달할 때까지 유리(G)를 가열하는 것이 바람직하다. 여기서, 목표 온도는 유리의 연화점의 85% 이상 115% 이하 온도로 설정될 수 있다. 목표 온도를 전술한 온도 범위 내로 설정하여 유리를 예열하면, 후술하는 지지부(120) 및/또는 테두리 지지부(130)의 베이스부(110)에 대한 상대이동을 통해, 곡면 성형되는 유리의 품질 및 성형 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 목표 온도를 전술한 온도 범위 내로 설정하면, 후술하는 베이스부(110)의 일면(110a)로부터 상방으로 이격되는 지지부(120) 및/또는 테두리 지지부(130)의 일단부와 효과적으로 밀착될 수 있고, 곡면 성형되는 유리의 품질이 향상될 수 있다.
유리(G)의 온도가 설정된 목표 온도에 도달하기 전까지, 복수의 지지부(120)의 일단부는 각 일단부에 독립적으로 설정된 제1위치에 위치할 수 있다. 테두리 지지부(130)의 일단부 또한, 그 일단부에 설정된 제1위치에 위치할 수 있다. 여기서, 복수의 지지부(120) 및/또는 테두리 지지부(130)의 각 일단부에 독립적으로 설정된 제1위치는 각 일단부가 대응되는 홀(111) 및/또는 테두리 홀(113)로부터 돌출되지 않는 위치일 수 있다. 여기서, 복수의 지지부(120) 및/또는 테두리 지지부(130)의 각 일단부에 독립적으로 설정된 제1위치는 베이스부(110)의 일면(110a)과의 상대적인 거리가 모두 동일할 수 있다.
그리고, 유리(G)의 온도가 설정된 목표 온도에 도달하면, 적어도 하나의 지지부(120) 및/또는 테두리 지지부(130)는 일단부가 각 일단부에 독립적으로 설정된 제2위치에 위치할 수 있도록 베이스부(110)에 대해 상대이동할 수 있다. 여기서, 상대이동하는 복수의 지지부(120) 및/또는 테두리 지지부(130) 중 적어도 두 개의, 각 일단부에 독립적으로 설정된 제2위치는 베이스부(110)의 일면(110a)으로부터 상방으로 이격되어 있는 위치로서, 베이스부(110)의 일면(110a)과의 상대적인 거리가 서로 다를 수 있다. 이렇게, 상대이동하는 복수의 지지부(120) 및/또는 테두리 지지부(130) 중 적어도 두 개의, 각 일단부에 독립적으로 설정된 제2위치를 서로 달리함에 따라, 유리에 성형하고자 하는 곡면의 곡률을 다양하게 할 수 있는 장점이 있다.
유리(G)의 온도가 설정된 목표 온도에 도달시 베이스부(110)에 대해 상대이동하는 지지부를 복수로 설정한 경우, 이 중 적어도 두 개의 지지부(120)는 서로에 대해 이동 속도 및 이동 거리 중 적어도 하나를 달리하여 이동할 수 있다. 이를 통해, 유리에 성형하고자 하는 곡면의 곡률을 다양하게 할 수 있으며, 유리에 복곡면도 용이하게 성형할 수 있다.
지지부(120)의 일단부는, 3 내지 20 mm 의 곡률 반경(R)으로 라운드진 것이 바람직하다. 지지부(120)의 일단부의 곡률 반경(R)이 3mm 미만인 경우에는 유리(G)와의 접촉면적이 작아져 접촉면압이 높아지게 되어 유리(G)와 접촉되는 접촉면의 성형 품질을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있으며, 지지부(120)의 일단부의 곡률 반경(R)이 20mm 를 초과하는 경우에는 유리(G)에 높은 곡률을 가지는 곡면을 성형하기 어려운 문제점이 있기 때문이다.
복수의 홀(111) 간 및 복수의 지지부(120) 간 간격은 하기 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
R/3 ≤ W ≤ R
수학식 1에서 R은 지지부(120)의 일단부의 곡률 반경이고, W는 복수의 홀(111) 간 및 복수의 지지부(120) 간 간격이다. 복수의 홀(111) 간 간격은 복수의 홀(111)의 내주 간 최단 거리를 의미하며, 복수의 지지부(120) 간 간격은 복수의 지지부(120)의 외주 간 최단 거리를 의미한다.
복수의 홀(111) 간 및 복수의 지지부(120) 간 간격은 하기 수학식 1을 만족하도록 함으로써, 목표 온도에 도달한 유리(G)가 지지부(120) 사이의 공간으로 갑자기 꺼지는 것을 방지하여 곡면 성형 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 유리의 곡면 성형 방법은, 일 측면에 따른 유리의 곡면 성형 장치(100)의 베이스부(110)의 일면(110a)에 유리를 안착하는 단계와, 유리(G)를 가열하는 단계 및 유리(G)가 가열되어 유리(G)의 온도가 설정된 목표 온도에 도달하기 전까지, 복수의 지지부(120)의 일단부를 각 일단부에 독립적으로 설정된 제1위치에 위치시키고, 유리(G)의 온도가 설정된 목표 온도 에 도달하면 적어도 하나의 지지부(120)를 일단부가 각 일단부에 독립적으로 설정된 제2위치에 위치할 수 있도록 베이스부(110)에 대해 상대이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 이를 통해, 유리(G)를 지지하는 지지부(120)의 일단부의 위치에 따라 유리에 곡면을 성형할 수 있다.
베이스부(110)의 일면(110a) 상에 유리(G)를 안착하고 가열함으로써, 유리(G)의 전면적에 걸쳐 고르게 열을 전달할 수 있다. 이를 통해, 유리를 곡면으로 성형하는 것이 보다 용이하며, 제조되는 곡면 유리의 성형 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 유리 곡면 성형 시스템에 따르면, 한 쌍의 제1지지부 및 한 쌍의 제2지지부와 판형 유리의 위치 관계에 의해 판형 유리에 2축 이상의 곡면 성형이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 공정온도를 유리 전이온도 부근의 온도로 설정함으로써, 유리의 연화점 부근에서의 공정 대비 지지유닛의 형태가 전사되는 것을 방지할 수 있으므로, 표면 품질이 우수한 유리의 곡면 성형이 가능할 수 있다. 아울러, 성형틀의 재료 선정을 용이하게 하여 성형틀의 제작 비용을 절감할 수 있다.
비록 본 발명이 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 유리의 곡면 성형 시스템
110a, 110b: 제1지지부
120a, 120b: 제2지지부
130: 중앙 지지부
G: 판형 유리
A: 기준선
CA: 기준선의 중심

Claims (10)

  1. 지면으로부터 판형 유리를 상방으로 이격하여 지지하는 지지유닛을 포함하며,
    상기 지지유닛은 소정의 중심점을 중심으로 양 측에 서로 대향되어 있는 한 쌍의 제1지지부 및 한 쌍의 제2지지부를 포함하며,
    상기 판형 유리의 테두리와 상기 제1지지부가 접촉하는 제1접촉지점과, 상기 판형 유리의 테두리와 상기 제2지지부가 접촉하는 제2접촉지점을 서로 연결하는 가상의 선을 기준선으로 설정하는 경우, 상기 판형 유리는 상기 기준선의 중심으로부터 상기 접촉지점으로 갈수록 상기 기준선과 상기 판형 유리의 테두리 사이의 거리가 점차 짧아지도록 상기 제1지지부 및 제2지지부에 의해 지지되는, 유리의 곡면 성형 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1지지부를 서로 연결하는 가상의 제1연결선과, 상기 한 쌍의 제2지지부를 서로 연결하는 가상의 제2연결선은, 서로 수직하게 교차하는, 유리의 곡면 성형 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1지지부는 소정의 폭을 가지고 상기 제1연결선을 따라 연장되어 있으며,
    상기 제2지지부는 소정의 폭을 가지고 상기 제2연결선을 따라 연장되어 있는, 유리의 곡면 성형 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1지지부 및 상기 제2지지부 중 적어도 하나는 상하 이동이 가능한, 유리의 곡면 성형 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 판형 유리를 가열하는 가열 유닛을 포함하며,
    상기 제1지지부 및 상기 제2지지부 중 적어도 하나는 상기 판형 유리의 온도가 적어도 설정된 목표 온도에 도달한 이후에 하방으로 이동되는, 유리의 곡면 성형 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 목표 온도는 하기 수학식 1을 만족하도록 설정되는, 판형 유리의 곡면 성형 시스템:
    [수학식 1]
    Tg ≤ Ta ≤ Tg + 50℃
    상기 수학식 1에서 Tg 는 상기 판형 유리의 유리 전이온도고, Ta 는 상기 목표 온도이다.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 판형 유리는 제1판형 유리와 상기 제1판형 유리 상측에 위치하되 상기 제1판형 유리보다 유리 전이온도가 더 낮은 제2판형 유리를 포함하며,
    상기 목표 온도는 하기 수학식 2을 만족하도록 설정되는, 판형 유리의 곡면 성형 시스템:
    [수학식 2]
    Tg1 ≤ Ta ≤ Tg1 + 50℃
    상기 수학식 2에서 Tg1 는 상기 제1판형 유리의 유리 전이온도고, Ta 는 상기 목표 온도이다.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1지지부 및 상기 제2지지부 중 적어도 하나는, 상기 판형 유리에 설정된 목표 곡률이 형성된 이후에 하방으로 이동되는, 판형 유리의 곡면 성형 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지유닛은, 상기 판형 유리의 중앙부 하방에 배치되는 중앙 지지부를 포함하는, 판형 유리의 성형 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중앙 지지부는 상면이 곡면으로 형성된, 판형 유리의 곡면 성형 시스템.
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