KR20010024524A - 유리판을 굽히고 뜨임 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리판(glass sheet)을 굽히고 뜨임 처리(tempering)하는 방법에 관한 것으로, 성형 프레임(1)에 의해서 상기 유리판을 원하는 형상으로 구부리는 단계를 포함한다. 상기 성형 프레임(1)은 송풍 노즐(blow nozzle)이 구비되어 있는 송풍 상자에 의해서 차가운 공기를 송풍함으로써 상기 굽힘 설비의 바로 다음에 오는 뜨임 설비에서 굽혀진 유리판의 양면 전체 표면이 냉각되는데 사용된다. 상기 전체 표면을 냉각하는 동안, 상기 성형 프레임(1) 상에 놓여있는 상기 유리판의 모서리 영역은 상기 성형 프레임(1)을 통과하는 개구부로 압축 공기를 적절하게 공급함으로써 추가적으로 냉각 공기의 분사 작용하에 놓인다.

Description

유리판을 굽히고 뜨임 처리하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CURVING AND TEMPERING A GLASS SHEET}
상기와 같은 류의 방법은 다양한 형태로 공지되어 있다. 독일 특허 제 DE 2,945,776 C2호 문서에 개시된 하나의 이러한 방법에서, 굽혀질 편평한 창유리가 흡관(sucker)을 구비하는 플레이트를 이용하여 들어올려지며, 창유리에 수직으로 아래에 위치해 있는 굽힘 성형기(bending former) 위에 놓여지며, 창유리는 낙하(drop) 운동에너지의 영향 때문에 굽힘 성형기의 형상을 취하게 된다. 굽혀진 창유리는 이 성형 프레임에 의해서 담금질 설비로 이동된다.
예를 들면, 유럽 특허 제 EP0,005,306 B1호 문서에 개시된 것과 같은, 프레스 굽힘 방법에서, 성형 프레임은 프레스 굽힘 성형기로서의 기능을 하는데, 이 프레스 굽힘 성형기에 의해서 창유리가 전체 표면이 볼록하게(convex) 되어 있는 상부 굽힘 성형기에 대해서 눌려진다. 다음으로, 굽혀진 창유리가 상기 성형 프레임에 의해서 담금질 설비로 이동되며 이 성형 프레임 상에서 급속하게 냉각된다.
담금질 처리 동안에 창유리의 지지 프레임으로서 사용되는 성형 프레임은 창유리의 모서리 영역에 필수적인 급속 냉각을 방해하지 않는 구조로 이루어져야 한다. 이러한 이유 때문에, 창유리의 하부 표면 상으로 유도되는 송풍 공기가 창유리의 모서리 영역에도 도달하며 그래서 요구되는 담금질이 이루어지는데 필요한 급속 냉각을 발생시키도록, 이들 성형 프레임의 지지 표면 상에 돌출부(protuberance), 유동 채널(flow channel) 또는 리세스(recess)가 제공된다. 담금질이 이루어지는 동안에 창유리를 지지하는 성형 프레임은 예를 들면, 미국 특허 제 US-5,118,335호와 유럽 특허 제 EP-B-0,186,529호에 기술되어 있다.
하나의 동일한 성형 프레임에 의해서 창유리가 굽혀지고 이 프레임 상에서 지지되는 동안 담금질이 이루어지는 위에서 언급된 유형의 공지된 방법이 항상 만족할만한 결과가 얻어지도록 허용하지는 않는다는 것이 드러났다. 성형 프레임의 구성에 따라서, 예를 들면 모서리 영역에서 너무 느리게 창유리의 담금질이 이루어지거나, 충분한 담금질이 이루어졌을 때 굽힘 과정이 창유리의 모서리에 있는 광학적으로 바람직하지 않는 변형의 원인이 되는 일이 발생할 수 있다. 광학적으로 바람직하지 못한 변형은 주로 송풍 공기가 순환하는데 필요한 성형 프레임을 지지하는 표면에 있는 돌출부 또는 리세스로부터 야기되며, 이러한 이유 때문에 창유리의 모서리가 불균등한 응력을 받게 된다. 특히 창유리가 두드러진 곡률을 얻기 위해서 상대적으로 강렬하게 가열되어야 할 때 및/또는 창유리의 모서리에 경화되어야 하는 페인트의 불투명 장식 프레임이 제공될 때, 이러한 불균등한 응력은 분명하고 바람직하지 않으며, 그래서 증가된 반사도 때문에 그 자체적으로는 미소하지만 이러한 변형은 더욱 분명해진다. 이러한 류의 광학적으로 바람직하지 못한 변형은 창유리가 프레임 없이 차량 차체에 끼워질 때 특히 두드러지는데, 이는 창유리의 모서리 영역이 실제 모서리에서 정확하게 보여지기 때문인데, 이 위치에서 위에서 언급된 변형은 자연적으로 최대가 된다.
예를 들면 지지 돌출부들의 표면적을 넓힘으로써 그리고/또는 지지 돌출부 사이의 거리를 줄임으로써, 지지 프레임 상에서 창유리를 지지하는 표면이 증가된다면, 광학적으로 바람직하지 못한 변형은 물론 방지될 수 있거나, 또는 적어도 상당히 감소시킬 수 있다. 하지만, 상기와 같이 하게 되면 창유리의 모서리 영역에 도달하는 송풍 공기의 양이 불충분하게 되는 문제가 다시 발생하며, 그래서 필요한 정도의 담금질이 이루어질 수 없다.
본 발명은 창유리(window pane)를 굽히고 담금질하는 방법에 관한 것이며, 굽힘 온도까지 가열된 창유리가 성형 프레임(forming frame)을 이용하여 수평 위치에서 원하는 형상으로 굽혀지며, 그리고 나서 굽힘 설비 다음에 이어지는 뜨임 설비에서 송풍 노즐(blowing nozzle)이 제공된 송풍 상자를 이용하여 차가운 공기를 송풍함으로써 굽혀진 창유리 양면의 표면 전체가 성형 프레임 상에서 급속하게 냉각된다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 실행하는데 필요한 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 성형 프레임의 사시도.
도 2는 도 1의 일 부분(Ⅱ 영역)을 확대 축척으로 도시하는 도면.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라서 취해진 단면도.
도 4는 성형 프레임의 다른 실시예로서 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라서 취해진 단면도.
본 발명의 목적은 모서리에 광학적으로 바람직하지 못한 변형이 존재하지 않는 굽혀진 창유리의 제작을 가능케 하며, 모서리 영역에서 굽힘 창유리의 결점이 없는 담금질을 가능케 하도록, 서두에서 설명된 유형의 방법을 개선하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 창유리의 전체 표면이 급속하게 냉각되는 동안, 성형 프레임에 의해 덮여있는 창유리의 모서리 영역이, 성형 프레임을 통과하는 개구부로, 송풍 상자 사이에 작용하는 주위 압력 보다 더 큰 압력의 압축 공기를 적절하게 공급함으로써 추가적인 냉각 공기의 송풍 작용하에서 달성된다.
상기 성형 프레임을 통해서, 창유리의 덮여진 모서리 영역에 증가된 압력의 추가적인 냉각 공기를 적절하게 공급하는 것은 기계적인 변형력(deformation)이 불균등하게 작용함으로 인해서 성형 프레임이 창유리 모서리의 변형을 더 이상 발생시키지 않도록, 성형 프레임의 지지 표면을 설계하는 것을 가능케 한다. 특히, 성형 프레임에 있는 폭이 넓은 채널이 생략될 수 있으며, 그 대신에 성형 프레임에는 상대적으로 작은 직경의 구멍이 제공되거나 또는 다공성(porous) 재료로 만들어질 수 있다. 그리고 나서, 성형 프레임에 의해 덮인 영역에 필요한 냉각 효과가 달성되도록 한편으로는 성형 프레임에 있는 개구부, 및 다른 한편으로는 체적 유량(volume flow)과 압축 공기의 압력이 상호 조화되도록 단순하게 보장함으로써, 압축 공기는 원형의 이송 채널(delivery channel)을 통해서 성형 프레임의 하부 표면으로 공급된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 특징 및 이점은 첨부된 청구 범위와, 본 발명에 따른 방법에 적합한 성형 프레임의 바람직한 실시예로서 아래에 주어지고 도면을 참조한 설명으로부터 드러날 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 성형 프레임(1)은 휠(3)에 의해서 굽힘 및 담금질 설비로 레일 상에서 움직일 수 있는 캐리지(carriage)(2) 상에 장착된다. 도 2에서도 관찰되는 바와 같이, 성형 프레임(1)은 압축 공기의 적절한 공급을 위한 구멍(4)이 뚫어진 프레임이다. 연화 온도(softening temperature)로 가열되는 창유리(5)가 자중(own weight)에 의해서 또는 프레스 작업 중에 창유리에 가해지는 힘에 의해서 변형되지 않도록 이들 구멍(4)은 직경(d)과 이들 구멍 사이의 간격(a)을 갖는다. 굽혀지고 담금질 될 창유리의 두께에 따라, 구멍(4)의 직경(d)은, 예를 들면 1 내지 10 mm이며, 구멍(4) 사이의 간격(a)은, 예를 들면 2 내지 20 mm이다.
3 mm의 두께를 갖는 창유리가 굽혀지고 담금질 되는 도시된 성형 프레임의 실시예에서, 구멍(4)은 2 mm의 직경을 가지며 성형 프레임(1)의 둘레를 따라서 엇갈린 형태로 3열로 배열된다.
성형 프레임(1)의 외부에는, 원형 파이프(6)가 캐리지(2) 상에 장착되는데, 이 파이프는 여러 위치에서 연결 덕트(connecting duct)(7)에 의해 이송 채널(8)에 연결된다. 도시된 예에서, 이송 채널(8)은 성형 프레임(1)의 바로 아래에 놓이며, 성형 프레임(1)에 용접에 의해 접합되어 있다. 원형 파이프(6)는 고온에 견디는 재료로 만들어진 호스(12)에 의해서, 도시되지 않은 압축 공기 라인에 연결되어 있다.
성형 프레임(1)은 굽형 성형기, 굽혀진 창유리를 담금질 설비로 이동하기 위한 운송 프레임(transportation frame) 및 담금질 처리가 이루어지는 동안 창유리를 지지하는 프레임 역할을 한다. 예를 들어, 창유리를 프레스 굽힘 처리 하는 경우, 굽힘 온도까지 가열된 창유리가 먼저 롤러 운송기(roller transporter) 상에 놓여져 볼록한 굽힘 성형기 바로 밑의 굽힘 오븐으로 이동되며, 볼록한 굽힘 성형기 바로 밑에 위치되고, 창유리에 대해서 위 방향으로 향하는 고온 기체의 유동에 의해 위로 들어올려지며, 볼록한 굽힘 성형기에 대해서 눌려진다. 다음으로, 성형 프레임(1)이 놓여있는 캐리지(2)가 굽힘 성형기에 수직으로 아래에 놓여있는 위치로 이동되는데, 위 방향으로 향하는 고온 송풍 기체의 유동에 의해 창유리가 제 위치에서 이 굽힘 성형기에 대해서 유지된다.
성형 프레임이 노(furnace)의 고온 영역에 놓이자마자, 주위의 고온 공기가 성형 프레임을 지지하는 표면을 통해서 흡입되도록 호스(12)가 진공 라인에 연결된다. 이러한 작동의 목적은 고온 창유리와의 접촉이 유해한 열 충격(heat shock)을 야기하지 않도록 적절한 온도로 성형 프레임의 표면을 가열하는 것이다. 다음으로, 여전히 위 방향의 고온 송풍 기체의 유동을 유지시킴과 동시에, 성형 프레임(1)에 의해 창유리가 원하는 형상으로 눌려지도록 상부 굽힘 성형기와 창유리는 성형 프레임(1) 상으로 내려진다. 다음으로, 고온 기체의 유동을 정지시킴으로써 창유리가 성형 프레임(1) 상에 놓여진다. 볼록한 상부 굽힘 성형기가 들어올려지며, 그리고 나서 성형 프레임(1) 및 이 성형 프레임 상에 놓여있는 창유리와 함께, 캐리지(2)가 두 송풍 상자 사이의 담금질 설비로 이동되는데, 상기 두 송풍 상자에 의해서 창유리가 급속하게 냉각된다.
창유리(5)가 종래 기술의 송풍 상자에 의해서 공기에 의한 담금질 과정을 겪는 동안, 성형 프레임(1)에 의해 덮여있는 창유리(5)의 표면 영역은 원형 파이프(6)를 통해서 이송 채널(8)로 공급되는 압축 공기에 의해서 급속하게 냉각된다. 이송 채널(8)을 빠져나가는 압축 공기는 구멍(4)을 통해서 창유리(5)의 덮여있는 영역으로 유도되며, 이들 영역을 급속 냉각시킨다. 창유리(5)의 모서리 영역에서 정확한 담금질을 달성하기 위해서, 예를 들면, 4 바(bar)의 공급 압축 공기의 압력이 만족스러운 것으로 증명되었다.
나머지 부분과 관련하여, 성형 프레임(1)은, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 뾰족 핀(pointed pin)(10)에 고정된 기체 투과가 가능한 금속 섬유(gas-permeable metal fibre)(9)의 메쉬(mesh)에 의해서 공지된 방법으로 뒤덮인다.
성형 프레임이 이송 채널(8)로부터 단열(thermally insulated)되도록 보장하기 위해서, 상기 이송 채널(8)은 성형 프레임으로부터 0.5 내지 3 mm 떨어져서 끼워질 수 있다. 이러한 단열은 성형 프레임이 보다 더 신속하게 가열되고 보다 더 신속하게 냉각되는 것을 가능케 한다. 이것은 예를 들면, 굽힘과 담금질의 주기가 상대적으로 짧아질 때 유익한 점이 될 수 있다.
도 4는 성형 프레임(1)의 다른 실시예를 도시한다. 이송 채널(8)이 이전 예에서와 동일한 방법으로 만들어졌지만, 성형 프레임(1)은 쇠 그물(wire gauze) 복합 패널로 이루어지는데, 상기 쇠 그물 복합 패널은 예를 들면, 등록 상표명 "해버 포로스타(Haver Porostar)"의 이름으로 시중에서 구입 가능하다. 이와 같은 류의 쇠 그물 복합 패널은 다양한 두께의 고온에 견디는 강철 쇠 그물로 형성되며, 소결에 의해 서로 견고하게 결합되어 있다. 쇠 그물의 개개 가닥이 와이어(wire)의 치수에 따라 선택되기 때문에, 와이어 사이의 간격과 틈새(interstice)의 형상은, 예를 들면 기체 투과도, 공극률, 기공(pore)의 분포 및 표면의 특성과 같은 복합 패널의 특성이 정확하게 측정되는 것을 가능케 한다. 창유리(5)에 마주하는 표면은 가능한 한 부드러워야 하며, 다시 말하면 와이어가 가능한 한 미세하고 틈새의 폭이 작은 쇠 그물로 형성되어야 한다. 다른 한편으로, 밑에 놓여있는 층의 쇠 그물의 두께는 점차적으로 증가하는 폭을 갖는 틈새를 갖는 것이 유용할 수 있다. 기체 투과도는 상기 틈새가 성형 프레임에 구멍을 형성하도록 선택되는데, 상기 구멍을 통해서 성형 프레임에 의해 덮이는 창유리(5)의 표면 영역이 압축 공기의 공급에 의해 추가적인 냉각 과정을 거치며 주위의 고온 공기가 성형 프레임(1)을 가열하기 위한 목적으로 흡입된다.
보다 더 우수한 단열 기능을 갖기 위해서, 창유리(5)와 접촉 상태가 되는 성형 프레임의 표면은 그 자체로 공지되어 있는 0.2 내지 1 mm 두께의 세라믹 코팅(11)을 포함할 수 있다. 이 세라믹 코팅(11)은 이산화 지르코늄으로 구성되는 것이 바람직하다. 무엇보다도 연결 층(tie layer)이 성형 프레임의 표면 상에 놓이는 것이 유익할 수 있다. 이와 같은 류의 연결 층은, 예를 들면 니켈-알루미늄 합금 또는 니켈-크롬-알루미늄 합금으로 구성될 수 있다. 연결 층과 세라믹 코팅은 둘 다 플라즈마 분사(plasma spraying) 또는 화염 경화 방법(flame metallizing process)을 이용하여 적층되는 것이 유익하다. 코팅 공정 동안, 성형 프레임(1)의 기체 투과도가 유지되도록 보장하는 것이 필요하다. 이는 완성된 성형 프레임 상에 코팅 작업을 수행함으로써 성취될 수 있으며, 가압 공기가 동시에 이송 채널 내로 분사되고 성형 프레임의 표면에 있는 구멍을 통해서 빠져나가며, 그래서 코팅 작업 동안에 이들 구멍이 방해 되는 것을 방지한다.
본 발명은 첨부된 청구범위의 사상과 범위를 벗어남이 없이, 많은 변형과 변경이 당업자에게 분명하게 되고, 기대될 수 있다.

Claims (12)

  1. 창유리를 굽히고(bending) 담금질(quenching) 처리하는 방법으로, 굽힘 온도(bending temperature)로 가열된 창유리가 성형 프레임(forming frame)을 이용하여 수평 위치에서 원하는 형상으로 굽혀지며, 그리고 나서 굽힘 설비 다음에 이어지는 담금질 설비에서, 송풍 노즐(blowing nozzle)이 제공된 송풍 상자를 이용하여 차가운 공기를 송풍함으로써 굽혀진 창유리의 양면 전체 표면이 상기 성형 프레임 상에서 급속히 냉각되는, 상기 창유리를 굽히고 담금질 처리하는 방법에 있어서,
    상기 창유리의 전체 표면이 급속하게 냉각되는 동안, 상기 성형 프레임(1)에 의해 덮여있는 상기 창유리(5)의 모서리 영역이, 상기 성형 프레임을 통과하는 개구부(4)로, 상기 송풍 상자 사이에 작용하는 주위 압력 보다 더 큰 압력의 압축 공기를 적절하게 공급함으로써 추가적인 냉각 공기의 송풍 작용하에 놓이는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질 처리하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 성형 프레임(1)은 상기 굽힘 온도로 가열된 상기 창유리(5)와 접촉이 이루어지기 전에 상기 성형 프레임(1)에 뚫려 있는 개구부를 통해서 흡입된 주위의 고온 공기에 의해서 가열되는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질 처리하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 따른 방법을 이행하기 위한 성형 프레임에 있어서,
    가압 기체 라인 또는 진공 라인에 연결될 수 있는 이송 채널(delivery channel)(8)이 상기 성형 프레임(1) 둘레의 적어도 일부분을 따라서 끼워 맞춰지는 것과, 개구부는 이송 채널(8)로부터 상기 성형 프레임(1)을 통과하여 상기 창유리가 지지되는 상기 성형 프레임의 표면까지 이어지는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질 처리하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 이송 채널(8)은 상기 성형 프레임(1)의 아래에 놓이는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질 처리하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임
  5. 제 3항에 있어서, 상기 이송 채널(8)은 반경 방향에서 보았을 때, 상기 성형 프레임(1)의 외부에 놓이는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질 처리하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
  6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 프레임(1)에 곧바로 접하며 놓여있는 상기 이송 채널(8)은 상기 성형 프레임(1)에 연결 되는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질 하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
  7. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이송 채널(8)이 상기 성형 프레임(1)으로부터 단열(thermally insulated)되도록 하기 위해서 상기 이송 채널은 상기 성형 프레임(1)으로부터 0.5 내지 3 mm 떨어진 거리에 놓이는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
  8. 제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 프레임(1)은 구멍(4)이 뚫려있는 금속 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
  9. 제 3항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 프레임(1)은 기체가 투과 가능한 쇠 그물(gas-permeable wire gauze)의 부분들로 형성된 복합 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 성형 프레임을 구성하는 상기 복합 재료는 소결에 의해 서로 결합되고 다양한 폭의 틈새(interstice)를 갖는 쇠 그물의 몇 개의 중첩된 부분으로 구성되며, 상부 층은 매우 미세한 메쉬 그물(mesh gauze)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
  11. 제 3항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창유리가 지지되는 상기 성형 프레임(1)의 표면은 메쉬 형태로 되거나(meshed), 짜여지거나(woven) 또는 펠트로 되고(felted), 고온에 견디며 기체가 투과 가능한 금속 섬유(metal fibre) 조직에 의해서 덮이며, 상기 금속 섬유 조직의 개개 섬유는 5 내지 1 마이크로미터의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
  12. 제 3항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창유리를 지지하는 상기 성형 프레임(1)의 상기 표면은 알루미늄 옥시나이트라이드(oxynitride), 실리콘-알루미늄 옥시나이트라이드, 알루미늄 티탄산염(titanate), 또는 이산화 지르코늄으로 이루어진 세라믹 코팅(11)에 의해서 덮이는 것을 특징으로 하는, 창유리를 굽히고 담금질하는 방법을 이행하기 위한 성형 프레임.
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