KR20000033142A - 음극선관용 전면 유리 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극선관용 전면 유리 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 전면 유리의 제조과정에서 전면 유리의 부위별 온도 차이를 줄이고, 동시에 균일한 응력 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 열처리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 음극선관용 전면 유리 제조 방법은 전면 유리의 제조 공정중 성형 공정이후 서냉 공정 이전구간에서, 균일한 응력 분포를 위하여 평면상에 존재하는 온도 분포를 조절하는 열처리 방법으로서 전면 유리 페이스부 중앙 영역을 국부 가열하는 물리 강화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

음극선관용 전면 유리 제조 방법

본 발명은 음극선관용 전면 유리의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전면 유리의 물리 강화 단계를 포함하는 전면 유리의 제조 방법에 관한 것이다.

종래 음극선관용 전면 유리의 물리 강화는 약 1000도의 온도 영역에서 프레스 성형된후 전면 유리의 표면과 내부의 온도차가 크게 유지되면서 서냉점 이하로 냉각되고 다시 전면 유리의 표면과 내부가 적당한 온도차를 형성하여 전면 유리내부의 응력을 완화시켜 소정의 물리 강화가 이루어지도록, 서냉로 내에서 혹은 밖에서 유리를 구성하는 원자들이 재배치할 수 있는 온도로 열처리하여 표면에 압축 응력을 얻는다.

먼저 미국 특허 4566893의 경우 최소 변형률을 가지도록 서냉로 내에서 기존 서냉 온도보다 30여도 낮은 온도로 유지하여 표면에 압축 응력을 형성하고 있다. 미국 특허 2551591의 경우 두께 감소 및 플래트화를 위하여 서냉로 이전 공정에서 공기 냉각 장치를 이용해 표면에 압축응력을 부여할 뿐만 아니라 크랙(crack)발생이 많은 영역을 집중적으로 부분 냉각하여 압축 응력을 증가시키고 있다. 또 일본 공객 특허 평10-194766의 경우 다른 부분에 비하여 압축 응력이 작은 코너부를 부분 냉각하여 응력 크기를 증가 시키고 있다.

음극선관용 전면 유리는 크게 영상을 표시하는 페이스부, 후면 유리와 접합되는 스커트부 그리고 페이스부와 스커트부 사이에 블렌드 R부를 가진다. 여기서 블렌드 R부와 근접한 페이스부 가장자리 영역은 스커트부와 페이스부를 잇는 3차원적 구조 형태를 가지며, 성형 공정중 몰드, 쉘, 플런저 및 에어포머(air former)의 유량과 위치의 영항을 받으며, 두께 역시 페이스부 중앙 영역보다 두꺼워서 다른 영역보다 냉각 속도가 느릴뿐만 아니라 응력풀림 현상도 커서 전면 유리 단면(斷面) 방향으로의 응력 크기가 작고 표면 온도는 높다. 반면 페이스부 중앙 영역의 냉각 속도는 가장자리영역보다 빨라서 단면(斷面) 방향으로의 압축 응력 크기가 크고 표면 온도는 낮다. 그결과 고온인 가장자리 영역과 저온인 중앙 영역이 공존하는 페이스면상에는 표면 온도 분포차(T)가 커지게 되어 페이스부 가장자리 영역에는 불필요한 평면 인장 응력이 발생한다. 그 결과 전면 유리 전체에 걸쳐서 압축 응력이 불균일하게 분포하여 외부의 충격에 취약한 상태가 되기쉬워 음극선관 벌브용 전면 유리로 사용할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 전면 유리에 비교적 균일한 압축 응력이 형성되도록 국부 가열 방식에 의해 전면 유리 표면의 온도 분포를 제어하는 음극선관용 전면 유리의 제조 방법을 제공하는데 있다.

도 1 은 전면 유리의 평면개략도로서 위치별 표면 온도 변화를 도시하는 도면이고,

도 2a, 2b, 2c는 전면 유리의 위치별 온도 변화를 도시하는 그래프이고,

도 3 은 압축 응력의 위치별 분포를 도시하는 그래프이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

T1 : 전면 유리 중앙 영역

T2 : 전면 유리 가장자리 영역

T3 : 전면 유리 모서리 영역

본 발명에 따른 음극선관용 전면 유리 제조 방법은 전면 유리의 제조 공정중 성형 공정이후 서냉 공정 이전 구간에서, 전면 유리 페이스부 중앙 영역을 가열하여 평면상에 존재하는 영역별 온도 차이를 줄이는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 에는 전면 유리의 위치별 표면 온도 변화를 도시하는 개략도가 도시되어 있다. 음극선관 벌브용 전면 유리의 종래 성형 공정중 페이스부를 구성하는 중앙 영역(T1), 가장자리 영역(T2), 모서리 영역(T3)에 있어서, 광범위하게 평면인장 응력이 나타나고 고온 영역인 T2 영역을 냉각하여 페이스부 가장자리 영역의 표면 온도를 낮추면서 단면(斷面) 방향으로의 압축 응력을 증가시켰다. 이와는 반대로 평면 압축 응력이 걸리는 저온 영역인 T1 영역을 국부 가열하여 표면 온도를 높여 페이스면상의 영역별 표면 온도차를 줄여 가장자리 영역에 발생하는 불필요한 평면 인장 응력을 감소시켰다. 또한 고온에서의 응력 풀림을 통하여 압축 응력의 크기를 줄여 전체적으로 영역별 응력의 균일화를 도모하였다.

가장 이상적인 냉각 곡선은 성형 공정에서 전면 유리 영역별로 분포하는 온도 하강 곡선이 거의 일치해 전면 유리 표면의 온도 분포가 최소로 되는 것이 바람직하나, 성형 치구등의 온도 변수를 제어하기에 많은 여려움이 있다. 따라서 비교적 열처리 조건을 쉽게 변경할수 있는 구간은 성형된 전면 유리를 서냉로에 투입하기 전까지이며, 온도 분포를 제어할수 있는 방법은 크게 두가지로 나뉜다. 즉 압축 응력을 크게하고자 더 빨리 냉각하는 방식과 과잉 압축 응력을 나타내는 부분을 가열하여 응력을 좀더 완화시키는 가열방식이다.

도 2a에는 비교예 1의 열처리 선도가 도시되어 있으며, 도2b, 2c에는 실시예 1, 2의 열처리선도가 도시되어 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, T1 영역과 T2영역에서의 서냉로에 투입되기전 영역별 온도차는 약 80℃ 정도에 달한다.

본 발명에서는 성형된 전면 유리를 서냉로에 투입하기전까지 도 2b, 2c과 같은 온도 하강 곡선을 가지도록 열처리를 하였다. 배기시 최대 진공 인장 응력이 작용하는 영역을 국부적으로 급냉해서 두께 방향으로의 압축 응력을 크게하고 동시에 평면위에 분포하는 온도 차이를 줄였으며, 또한 페이스부 중앙 영역의 응력을 가장자리 영역과 비슷하도록 국부 가열하여 두께 방향의 압축 응력을 완화함과 동시에 마찬가지로 평면위에 분포하는 온도 차이를 줄였다. 이 상태로 서냉로를 지나면 페이스부 중앙 영역은 로분위기보다 높은 온도를 유지하다가 낮아져서 결국 같아지게 되고 페이스부 가장자리 영역은 로분위기 온도보다 낮은 온도에서 로분위기 온도와 같아져 궁극적으로 전면 유리 평면위에 균일한 온도 분포를 가진채 상온까지 냉각된다.

국부 가열시 할로겐 램프 혹은 유도 가열등의 방법을 통하여 순간적으로 고온까지 승온이 가능한 장치를 이용하였다. 가열 코일 사이즈에 따라 온도 구배가 많이 바뀌기 때문에 페이스부 중앙 영역 전체를 가열하는 방식보다 국부적인 곳만 가열하여 열류가 주위로 전달 되도록 하였다. 즉 냉각 속도와 가열 속도를 조절해 로내에 셋팅된 분위기와 같아지도록 서냉 공정 이전에서 열처리를 미리 하였고 실제 평면상에 존재하는 온도 분포를 균일화하는 작업 시간이, 예비 열처리 조작으로 단축되었다.

페이스부 중앙 영역을 가열할 때 중앙 영역의 온도 범위(T1)는 450℃ ＜ T1 ＜ 700℃ 이도록 하는데 700℃이상이 되는 경우 자중에 의하여 전면 유리의 형상이 일그러지고 450℃ 미만인 경우에는 응력 완화등의 효과가 없다. 바람직하기로는 서냉로 유지 온도(T_a) ＜ T1 ＜ 550℃ 가 좋다. 서냉로 유지 온도(Ta)는 480℃ ＜ T_a＜ 520℃ 사이로 하는 것이 바람직하며 T_a＜ 480℃ 의 경우 온도가 낮아 충분히 응력이 균일화 되지 못하고 평면 인장 응력이 많이 생겨 불안정한 전면 유리가 될 수 있다. 반면 T_a＞ 520℃의 경우 성형 공정에서의 열처리에 상관없이 응력이 많이 풀려 압축 응력의 효과가 생기지 않게된다. 중앙 영역의 가열은 서냉로 투입직전 혹은 서냉로를 통과할 때 하며 특히 서냉로안의 경우 서냉로 분위기 온도로부터 단열된 장치등을 이용하여 중앙 영역을 국부가 가열한다. 가령 페이스부 중앙 영역이 500도이고 가장자리 영역이 490도에서 30분간 유지되는 경우 중앙영역은 응력이 완화되는 정도가 크고 가장자리 영역은 응력이 덜 완화된다. 서냉로 투입전에 가열이 진행되는 경우 가령 새도우마스크를 지지하기 위하여 핀을 박는 공정상에서 하는 것이 이롭다. 본발명의 실시예에서는 서냉로 직전에 하는 것을 나타내고 있다.

페이스부 가장자리 영역(T2)을 냉각할 때 온도 영역은 국부 가열 시작 온도(T_h)＜ T1 ＜ 600℃에서 냉각한다. T_h＞ T1인 경우 냉각 및 가열이 동시에 진행되어 각각의 효과가 상쇄되어 응력 균일화가 되지 않는다. 600℃ ＜ T1에서 냉각이 되는 경우 전면 유리를 성형하는 과정에서 냉각하는 것으로 성형 치구등의 온도변수로 인하여 제어가 어렵다. 바람직하기로는 유리 전이 온도 이상에서 국부 냉각이 진행된후 내부 열류이 흐름으로 전면 유리가 재가열되기 시작할 때 국부 가열을 실시하는 것이 좋다.

몰드에서 성형될 때 온도 분포 형상은 도 1과 같이 되며 페이스부 가장자리 영역중 T3의 온도가 가장 높고, 페이스부 중앙 영역인 T1이 가장 낮은 온도가 된다. 이러한 온도 분포에 의해 서냉로 투입 이전 제품을 분석하면 페이스부 중앙 영역은 평면 압축 응력이, 페이스부 가장자리 영역은 평면 인장 응력이 분포하는 불안정한 상태가 되어 외부 충격에 극히 취약한 상태가 된다. 서냉 공정을 통과하면 제품에 나타나는 평면 응력이 없어지거나 1~2MPa 수준이 된다. 전면 유리의 평면상에서 생기는 온도 차이가 심할수록 평면에 발생하는 응력은 커지게 됨으로써 공정상에서 쉽게 깨질수 있기 때문에 서냉로를 통과하지 않고는 제품을 사용할수 없게된다. 일반적으로 냉각이 먼저 일어나는 부분은 평면상으로 평면 압축 응력이 발생하고 그외의 부분은 인장 응력이 발생하는 문제점을 국부 가열 방법으로 평면상의 위치별 온도차이를 줄여 평면 인장 응력을 줄이거나 또는 평면 압축 응력이 형성되도록 하였다.

[실시예]

비교예1. 종래 전면 유리 제조 공정에서 국부 냉각 및 가열등이 없는 열처리 조건과 전면 유리의 응력의 불균일한 분포를 표1에 나타내었다.

실시예 1. 성형 공정에서 전면 유리의 영역별 온도를 측정하고 이중 온도가 가장 낮은 페이스부 중앙 영역(T1)을 가열하여 응력의 분포 비율을 개선한 결과를 표1에 나타내었다.

실시예 2. 성형 공정에서 전면 유리의 영역별 온도를 측정하고 광범위하게 평면 인장 응력이 분포하는 페이스부 가장자리 영역(T2)을 급냉하고나서 페이스부 중앙영역(T1)을 가열하여 영역별 온도 차이를 줄인후 서냉로에 투입하여 얻은 응력의 분포 비율을 개선한 결과를 표1에 나타내었다.

(표 1)

비교예 1에서 보듯이 기존 서냉 제품의 응력 분포는 T1 ＞ T2 ＞ T3의 순으로 응력 분포가 6MPa 이상의 차이를 보이는 반면, 실시예 1에서처럼 국부 가열의 경우 압축 응력 크기는 비교예 1보다 줄었지만, 비교예 1보다 오히려 응력 분포의 차이가 줄어들어 응력 분포가 개선되었음을 알수 있다. 실시예 2는 부분 냉각을 통하여 필요한 부분의 응력을 증대시킨 다음 국부적으로 가열하여 응력을 줄임으로써 전체적인 응력 분포 차이가 개선되었을뿐만 아니라 압축 응력의 크기도 증가 하였다(도 3).

뿐만 아니라 성형후 및 서냉 투입 직전 표면 온도 차이(△T)가 110도에서 80도까지 큰 차이를 보이지 않지만, 국부 가열을 통하여 표면 온도 차이를 7도까지 줄일수 있게되어 평면상에 발생하는 불필요한 평면 인장 응력을 줄이는 큰 효과가 있다. 부분 냉각만 하는 경우 두께 방향으로의 압축 응력 크기를 증가하는 것은 가능하지만 짧은 시간에 공기를 불어넣으면 실제 평면 온도차 감소에 큰 효과가 없게 된다(실시예 3). 즉 부분 냉각만 하게 되는 경우 서냉로 투입직전까지의 표면 온도차가 약 70도로 비교예 1과 비교하면 그다지 개선되지 않았지만, 국부 가열 방법을 통해 표면 온도차를 20도까지 줄일수 있었다(도 2c).

앞서 기술한 바와 같이 서냉로를 통과하지 않은 제품의 경우는 영역별 온도 분포에 따라 표면상에 큰 온도 차이를 가짐으로써 불필요한 평면 인장응력이 많아져서 음극선관용 벌브로써 사용할수 없게된다. 그러나 국부 가열 방식등을 통하여 영역별 표면 온도 차이를 줄여 판유리와 달리 복잡한 형태를 가지는 전면 유리의 물리 강화 방법을 보다 획기적으로 개선할수 있었다.

상기의 식별자가 없습니다.

Claims (6)

1. 전면 유리의 제조 공정중 성형 공정이후 서냉 공정 이전 구간에서, 전면 유리상에 존재하는 온도 분포를 조절하는 열처리 방법으로 전면 유리 페이스부 중앙 영역을 국부 가열하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 전면 유리 제조 방법
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 유리 페이스부 중앙 영역의 온도(T1)가 450℃ ＜ T1 ＜ 700℃가 되도록 국부 가열하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 전면 유리 제조 방법
3. 제 2 항에 있어서, 전면 유리 페이스부 중앙 영역의 온도(T1)가 서냉로 유지 온도 (Ta) ＜ T1 ＜ 520℃가 되도록 국부 가열하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 전면 유리 제조 방법
4. 제 3항에 있어서, 상기 서냉로 유지 온도(Ta)는 480℃ ＜ Ta ＜ 520℃를 만족하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 전면 유리 제조 방법
5. 제 1 항에 있어서, 전면 유리의 제조 공정중 서냉 공정에서 전면 유리 페이스부 중앙 영역의 온도가 가장자리 영역의 온도보다 높게 국부 가열하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 전면 유리 제조 방법
6. 제 5항에 있어서, 전면 유리의 페이스부 중앙 영역의 온도가 Ta ＜ T1 ＜ 520℃가 되도록 국부 가열하는 것을 특징으로 하는 음극선관용 전면 유리 제조 방법