KR20160071905A - 유리 성형용 몰드 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리 성형용 몰드 장치에 관한 것으로, 상호 간의 사이에서 유리 성형하는 상부몰드(10) 및 하부몰드(20)와, 상기 상부몰드(10)의 상면에 접하여 위치하는 상부히터부(30)와, 상기 하부몰드(20)의 하면에 접하여 위치하는 하부히터부(40)와, 상기 상부히터부(30)와 하부히터부(40) 각각에 마련되어 상기 상부몰드(10)와 하부몰드(20) 반대편의 상부히터부(30)와 하부히터부(40)를 냉각하는 상부냉각부(50) 및 하부냉각부(60)를 포함하여 구성하되, 상기 상부몰드(10)는 저면에 패턴(12)이 형성된 흑연소재 바디부(11)와, 상기 바디부(11)의 저면에 코팅된 접촉코팅면(13)과, 상기 흑연소재의 바디부(11)의 측면 전체에 CVD법으로 증착된 SiC 코팅층(14)을 포함하고, 상기 하부몰드(20)는 상면에 패턴(22)이 형성된 흑연소재 바디부(21)와, 상기 바디부(21)의 상면에 코팅된 접촉코팅면(23)과, 상기 흑연소재의 바디부(21)의 측면 전체에 CVD법으로 증착된 SiC 코팅층(24)을 포함한다.

Description

유리 성형용 몰드 장치{Forming mold for glass}
본 발명은 유리 성형용 몰드 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 유리 성형용 몰드 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 유리 성형용 몰드 장치에 관한 것이다.
일반적으로 안경렌즈나 카메라용 유리렌즈 등의 유리 제품을 제작하기 위해서 제품 형상을 갖는 몰드를 사용하고 있다.
일반적인 몰드는 텅스텐 카바이드 소재에 이형재인 DLC(Diamond Like Carbon)을 코팅한 구조를 사용하고 있다. 이러한 구조는 등록특허 10-0827002호에 상세히 기재되어 있다.
상기 등록특허 10-0827002호에는 상부와 하부 몰드를 탄화물 또는 질소화물로 구성하고, 그 상부와 하부 몰드에 보호층을 형성한 구조로, 그 보호층으로 DLC 등을 사용할 수 있다고 기재하고 있다.
그러나 유리의 연화점이 낮은 안경렌즈나 카메라용 렌즈의 성형에는 위의 DLC를 사용하는 몰드를 사용할 수 있으나, 최근 휴대전화용 커버 글라스(Cover Glass)를 몰드 성형방식으로 제작하기 위해서는 위의 DLC를 보호층으로 사용하는 몰드는 사용할 수 없다.
상기 휴대전화용 커버 글라스는 특성상 연화점이 높은 유리를 사용하고 있으며, 통상 700℃ 이상의 성형온도가 요구되고 있다. 그러나 상기 DLC 등 기존의 보호층들은 700℃의 온도에서는 손상이 발생하여 사용할 수 없게 된다. 이와 같은 현상은 휴대전화용 커버 글라스의 측면부가 단면에서 원호형 형상으로 굽은 것일 때는 더더욱 사용할 수 없다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 내열성이 우수한 흑연소재 몰드가 제안되었으나 소재 자체에 기공이 있기 때문에 기공형상이 그대로 유리성형품에 전사되는 문제와 성형설비 내에 공기가 유입되면서 몰드가 산화되는 새로운 문제점이 발생하게 되었다.
상기와 같은 기공형상의 전사와 산화 문제를 해결하기 위하여, 고온에서 고경도를 가지는 SiC 재질의 몰드를 사용하고 있다. 이러한 SiC를 보호층으로 가지는 몰드는 흑연소재에 SiC층을 화학기상증착법(CVD)으로 증착하고, 그 SiC층을 경면 가공하여 사용하고 있다.
그러나 유리를 성형하는 과정에서 SiC층에 유리가 부착되어 냉각 과정에서 크랙이 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점의 원인으로 SiC가 충분한 이형재 역할을 할 수 없기 때문이다.
이와 같은 문제점을 감안하여 제안된 기술이 본 출원인의 등록특허 10-1451207호(2014년 10월 8일 등록, 유리 성형용 몰드 및 그 제조방법)이다. 위의 등록특허에서는 흑연소재의 몰드를 사용하며, 몰드와 유리가 접하는 면에 보호층으로서 C/SiC 복합체층이 위치하도록 구성되어 위의 문제점들을 해소할 수 있는 특징이 있다.
그러나 흑연소재의 몰드를 사용하기 때문에 승온시 주변의 산소와 몰드의 탄소성분이 결합하면서 몰드가 산화되는 문제점이 있었다. 즉, 몰드의 탄소와 주변의 산소가 반응하여 이산화탄소가 발생하게 되며, 이는 몰드의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.
또한 이러한 몰드와 별도로 일반적인 유리 성형용 몰드 장치에는 몰드를 가열하기 위한 히터를 구비하고 있다. 히터의 위치는 등록특허 10-1086522호(2011년 11월 17일 등록, 몰드 프레스장치, 및 몰드 프레스 형성품의 제조방법)의 도 2에 도시한 바와 같이 몰드의 측면측에 위치할 수 있으나, 주로 사용되는 종래 유리 성형용 몰드를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래 유리 성형용 몰드의 간략한 구성도이다.
도 1을 참조하면 종래 유리 성형용 몰드는, 상호 간의 사이에서 유리 성형하는 상부몰드(1) 및 하부몰드(2)와, 상기 상부몰드(1)의 상면에 접하여 위치하는 상부히터부(3)와, 상기 하부몰드(2)의 하면에 접하여 위치하는 하부히터부(4)와, 상기 상부히터부(3)와 하부히터부(4) 각각에 마련되어 상기 상부몰드(1)와 하부몰드(2) 반대편의 상부히터부(3)와 하부히터부(4)를 냉각하는 상부냉각부(5) 및 하부냉각부(6)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성에서 종래의 상부몰드(1) 및 하부몰드(2)는 앞서 설명한 등록특허 10-1451207호와 같이 유리와 접하는 면은 별도의 처리가 되어 있거나, 외부의 분위기에 노출되어 있지는 않으나, 그 측면은 흑연소재가 그대로 노출되어 있어서 산소와 반응하여 이산화탄소가 발생되면서 그 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
상기 상부히터부(3)와 하부히터부(4)는 각각 텅스텐이나 스테인리스 스틸 소재를 사용하고 있으며, 상기 상부히터부(3)와 하부히터부(4)가 가열된 후 적당한 온도를 유지하거나, 온도를 낮추기 위해 상부냉각부(5)와 하부냉각부(6)를 사용하는 것이다. 그러나 상기 상부히터부(3) 및 하부히터부(4)의 온도와 상기 상부냉각부(5) 및 하부냉각부(6)의 온도가 차이가 있어, 고온으로 가열시 직각방향의 열팽창 정도가 다르고, 이로 인해 열변형이 발생하여 안정되게 일정한 형상의 유리 성형이 쉽지 않은 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상부히터부(3) 및 하부히터부(4)의 재질을 Al2O3나 ZrO2 또는 소결 SiC 등의 비교적 열팽창 계수가 낮은 세라믹 소재를 사용하려는 시도가 있었으나, 이는 다시 상기 상부히터부(3) 및 하부히터부(4)와 상기 상부냉각부(5) 및 하부냉각부(6) 사이의 열팽창계수의 차이에 의하여 상부히터부(3)와 하부히터부(4)에 크랙이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 몰드가 산화 반응하여 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 유리 성형용 몰드 장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 유리를 성형하기 위하여 승온 목적으로 사용되는 히터의 구조와 재질을 변경하여, 열변형이나 크랙이 발생하지 않는 유리 성형용 몰드 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 유리 성형용 몰드 장치는, 상호 간의 사이에서 유리 성형하는 상부몰드(10) 및 하부몰드(20)와, 상기 상부몰드(10)의 상면에 접하여 위치하는 상부히터부(30)와, 상기 하부몰드(20)의 하면에 접하여 위치하는 하부히터부(40)와, 상기 상부히터부(30)와 하부히터부(40) 각각에 마련되어 상기 상부몰드(10)와 하부몰드(20) 반대편의 상부히터부(30)와 하부히터부(40)를 냉각하는 상부냉각부(50) 및 하부냉각부(60)를 포함하여 구성하되, 상기 상부몰드(10)는 저면에 패턴(12)이 형성된 흑연소재 바디부(11)와, 상기 바디부(11)의 저면에 코팅된 접촉코팅면(13)과, 상기 흑연소재의 바디부(11)의 측면 전체에 CVD법으로 증착된 SiC 코팅층(14)을 포함하고, 상기 하부몰드(20)는 상면에 패턴(22)이 형성된 흑연소재 바디부(21)와, 상기 바디부(21)의 상면에 코팅된 접촉코팅면(23)과, 상기 흑연소재의 바디부(21)의 측면 전체에 CVD법으로 증착된 SiC 코팅층(24)을 포함한다.
본 발명 유리 성형용 몰드 장치는, 상부히터와 하부히터의 재질을 승온시 냉각부와의 열 응력을 최소화하는 흑연소재로 하고, 그 흑연소재 히터의 표면을 SiC로 코팅함으로써, 승온시 열팽창계수의 차에 의한 열변형이나 크랙이 발생하지 않도록 하여, 유리 성형용 몰드 장치의 수명 단축을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명 유리 성형용 몰드 장치는, 상기 상부히터부와 하부히터부를 흑연소재에 SiC를 코팅한 구조로 사용함으로써, SiC의 높은 열전도율에 의해 승온과 냉각이 보다 용이하게 되며, 온도 조절을 더 빠르게 할 수 있어 공급되는 에너지를 줄일 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명 유리 성형용 몰드 장치는, 상부몰드와 하부몰드의 측면에 SiC를 CVD법으로 증착하여 코팅된 것을 사용함으로써, 흑연재질인 상부몰드와 하부몰드가 산화되어 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 유리 성형용 몰드 장치의 간략한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유리 성형용 몰드 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에서 상부몰드와 하부몰드의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 상부히터부의 단면 구성도이다.
이하, 본 발명 유리 성형용 몰드 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유리 성형용 몰드 장치의 구성도이다. 도 3은 도 2에서 상부몰드(10)와 하부몰드(20)의 단면 구성도이다.
도 2와 도 3을 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유리 성형용 몰드 장치는, 상호 간의 사이에서 유리 성형하는 상부몰드(10) 및 하부몰드(20)와, 상기 상부몰드(10)의 상면에 접하여 위치하는 상부히터부(30)와, 상기 하부몰드(20)의 하면에 접하여 위치하는 하부히터부(40)와, 상기 상부히터부(30)와 하부히터부(40) 각각에 마련되어 상기 상부몰드(10)와 하부몰드(20) 반대편의 상부히터부(30)와 하부히터부(40)를 냉각하는 상부냉각부(50) 및 하부냉각부(60)를 포함하여 구성하되,
상기 상부몰드(10)는 저면에 패턴(12)이 형성된 흑연소재 바디부(11)와, 상기 바디부(11)의 저면에 코팅된 접촉코팅면(13)과, 상기 흑연소재의 바디부(11)의 측면 전체에 CVD법으로 증착된 SiC 코팅층(14)을 포함하여 구성되며,
상기 하부몰드(20)는 상면에 패턴(22)이 형성된 흑연소재 바디부(21)와, 상기 바디부(21)의 상면에 코팅된 접촉코팅면(23)과, 상기 흑연소재의 바디부(21)의 측면 전체에 CVD법으로 증착된 SiC 코팅층(24)을 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유리 성형용 몰드 장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 상기 상부몰드(10)와 상부히터부(30) 및 상부냉각부(50)는 서로 아래에서부터 위로 적층된 구조로서 상하로 이동이 가능한 구조이며, 여기서는 이동을 위한 기구물의 구성은 생략하였다.
또한 상기 하부몰드(20)와 하부히터부(40) 및 하부냉각부(60)는 서로 위에서부터 아래로 적층된 구조로서 상하로 이동이 가능한 구조일 수 있으며, 이동 없이 고정된 구조일 수 있다.
상기 상부몰드(10)는 저면에 유리 제품을 성형하기 위한 패턴(12)이 마련되어 있으며, 그 저면이 유리와의 접촉면이 된다. 여기서 패턴(12)은 돌출패턴 또는 오목패턴이 될 수 있다.
이러한 패턴(12)이 저면에 형성된 구조는 흑연소재의 바디부(11)의 구조이며, 상기 흑연소재 바디부(11)의 저면은 유리와의 접촉면이 된다. 반대로 하부몰드(20)는 상면에 유리 제품을 성형하기 위한 패턴(22)이 형성되어 있으며, 패턴(22)은 오목패턴이거나 돌출패턴일 수 있다.
즉, 상기 상부몰드(10)의 저면과 하부몰드(20)의 상면은 각각 유리와 접하는 면이 적어도 일부에 마련되어 있는 것이며, 그 유리와 접촉되는 면은 앞서 언급한 본 발명의 출원인의 등록특허 10-1451207호와 같이 C/SiC 복합체층인 접촉코팅면(13,23)이 각각 형성되어 있을 수 있다.
상기 C/SiC 복합체층은 하나의 예이며, 이형성과 이물방지 및 크랙 방지 특성이 있는 코팅층을 사용할 수 있다.
상기 상부몰드(10)와 하부몰드(20)의 바디부(11,21)의 측면은 모두 SiC 코팅층(14,24)이 형성된 것으로 한다. 상기 SiC 코팅층(14,24)의 작용은 흑연소재인 상기 바디부(11,21)가 노출되는 것을 방지하여, 승온된 상태에서 외부의 산소와 흑연소재의 탄소가 반응하는 것을 방지하기 위한 것이다.
즉, 상기 상부몰드(10)와 하부몰드(20)를 구성하는 흑연소재의 바디부(11,21)에 포함된 탄소가 외부의 산소가 고온에서 반응하여 이산화탄소가 발생하면서 바디부(11,21)의 측면이 기화되는 것을 차단할 수 있어, 수명의 단축을 방지할 수 있게 된다.
또한 상기 상부몰드(10)의 상면에 접촉된 상부히터부(30)와, 하부몰드(20)의 하면에 접촉된 하부히터부(40)는 서로 동일한 구성이며, 중복 설명을 피하기 위하여 상기 상부히터부(30)의 구조를 좀 더 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 적용되는 상부히터부(30)의 단면 구성도이다.
도 4를 참조하면 상기 상부히터부(30)는 흑연소재 히터바디부(31)와, 상기 히터바디부(31)의 내측에 삽입되어 열을 공급하는 열원부(32)와, 상기 히터바디부(31)의 전면에 코팅된 SiC 코팅층(33)을 포함하여 구성된다.
이를 통해서 하부히터부(40) 역시 흑연소재의 바디부, 바디부에 삽입된 열원부, 바디부 외면에 코팅된 SiC 코팅층을 포함하여 구성됨을 쉽게 유추할 수 있다.
흑연소재의 상기 히터바디부(31)는 앞서 설명한 상부몰드(10)의 바디부(11)와 그 재질이 동일한 것으로, 동일한 열팽창률을 가지게 된다. 그러나 상기 히터바디부(31)가 외부로 노출되는 경우 산소와 반응하여 이물이 발생하기 때문에 히터바디부(31)의 전면을 SiC 코팅층(33)으로 코팅한 것이다.
상기 SiC 코팅층(33)은 CVD법으로 증착된 것으로 한다. 이는 CVD로 증착한 SiC 코팅층(33)의 열팽창계수는 4.5 내지 5.5×10-6/K로 상기 흑연소재 히터바디부(31)의 열팽창계수와 동일한 것을 사용하게 된다.
또한 앞서 상부몰드(10)의 바디부(11)의 측면에 코팅된 SiC 코팅층 역시 위의 열팽창계수를 가지는 것으로 한다.
상기와 같은 구조의 상부히터부(30)를 사용함으로써, 열원인 상부히터부(30)와 유리를 성형하는 상부몰드(10)의 전체 열팽창계수를 균일하게 함으로써, 열에 의한 변형이나 크랙의 발생을 방지할 수 있게 된다.
이는 하부히터부(40)와 하부몰드(20)에도 동일하게 적용된다.
본 발명이 가지는 또 다른 장점은 상기 CVD법으로 증착한 SiC 코팅층(33)의 열전도도는 흑연소재의 열전도도인 100 내지 140W/mk, 스테인리스의 15 내지 25W/mk에 비해 더 높은 200 내지 300W/mk이기 때문에 상기 열원부(32)에서 발생한 열을 상기 상부몰드(10)에 더 효율적으로 전달할 수 있게 된다.
이는 열원부(32)의 온도를 상대적으로 낮은 온도로 제어하여도, 상기 상부몰드(10)에는 유리 성형에 필요한 온도를 공급할 수 있게 됨을 뜻하며, 따라서 공급하는 에너지를 줄일 수 있게 된다.
상기 열원부(32)는 통상의 전열히터를 사용할 수 있다.
또한 상기 열원부(32)의 열로 유리를 성형한 후, 바로 냉각시킬 필요가 있으며 이때 상기 열원부(32)의 전원을 차단하고 상부냉각부(50)를 이용하여 냉각시키게 된다. 이때에도 상기 SiC 코팅층(33)에 의해 열이 쉽게 상부냉각부(50)에 전달되어 냉각될 수 있기 때문에 상대적으로 더 빠른 냉각이 가능하게 된다.
이처럼 본 발명은 유리 성형용 몰드 장치에서 몰드의 수명단축을 방지함과 아울러 히터와의 열팽창계수의 차이에 의한 손상을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
특히 위에서는 접촉코팅면(13)과 접촉코팅면(23)을 포함하는 것으로 설명하였으나, 이러한 접촉코팅면(13,23)들이 없는 몰드에도 본 발명은 적용될 수 있다.
10:상부몰드 11:바디부
12:패턴 13:접촉코팅면
14:SiC 코팅층 20:하부몰드
21:바디부 22:패턴
23:접촉코팅면 24:SiC 코팅층
30:상부히터부 31:히터바디부
32:열원부 33:SiC 코팅층
40:하부히터부 50:상부냉각부
60:하부냉각부

Claims (4)

  1. 상호 간의 사이에서 유리 성형하는 상부몰드(10) 및 하부몰드(20)와, 상기 상부몰드(10)의 상면에 접하여 위치하는 상부히터부(30)와, 상기 하부몰드(20)의 하면에 접하여 위치하는 하부히터부(40)와, 상기 상부히터부(30)와 하부히터부(40) 각각에 마련되어 상기 상부몰드(10)와 하부몰드(20) 반대편의 상부히터부(30)와 하부히터부(40)를 냉각하는 상부냉각부(50) 및 하부냉각부(60)를 포함하여 구성하되,
    상기 상부몰드(10)는,
    저면에 패턴(12)이 형성된 흑연소재 바디부(11)와, 상기 흑연소재의 바디부(11)의 측면 전체에 CVD법으로 증착된 SiC 코팅층(14)을 포함하고,
    상기 하부몰드(20)는,
    상면에 패턴(22)이 형성된 흑연소재 바디부(21)와, 상기 흑연소재의 바디부(21)의 측면 전체에 CVD법으로 증착된 SiC 코팅층(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 성형용 몰드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부히터부(30)와 하부히터부(40) 각각은,
    내측에 열원부가 삽입된 흑연소재의 히터바디부; 및
    상기 히터바디부의 전면에 증착된 SiC 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 성형용 몰드 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부몰드(10)의 SiC 코팅층(14)과, 상기 하부몰드(20)의 SiC 코팅층(24)과, 상기 상부히터부(30) 및 하부히터부(40)의 SiC 코팅층은, 화학기상증착법으로 증착된 것이며,
    열전도도가 200 내지 300W/mk인 것을 특징으로 하는 유리 성형용 몰드 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부몰드(10)의 상기 바디부(11)의 저면에 코팅된 접촉코팅면(13)과, 상기 하부몰드(20)의 상기 바디부(21)의 상면에 코팅된 접촉코팅면(23)을 더 포함하는 유리 성형용 몰드 장치.
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