KR20160140213A - 유리 성형 장치 및 유리 성형 방법 - Google Patents

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KR20160140213A
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Abstract

레이저를 이용한 유리 성형 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 유리 성형 장치는, 유리 소재를 고정하며, 제1 히터를 포함하는 제1 성형 몰드; 상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역에 레이저 빔을 조사하여 가열시키는 레이저 조사 장치; 및 상기 레이저 조사 장치에 의해 가열된 상기 유리 소재의 특정 영역에 압력을 가하여 성형시키는 것으로, 제2 히터를 포함하는 제2 성형 몰드;를 포함한다.

Description

유리 성형 장치 및 유리 성형 방법{Glass forming apparatus and glass forming method}
본 발명은 유리 성형 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 레이저 빔을 이용하여 유리를 성형하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
유연한 디스플레이 장치의 개발에 따라 유리 소재를 일정한 모양으로 성형하는 방법에 대한 연구도 진행되고 있다. 최근에는 레이저 빔을 유리 소재에 조사함으로써 유리 소재를 성형하는 방법이 제안되고 있다. 한편, 레이저 빔이 유리 소재의 상면에 조사되면 유리 소재의 상면 온도가 상승하게 되지만, 유리 소재의 낮은 열전도도로 인해 유리 소재의 상부와 하부 사이에는 커다란 온도 차이가 발생될 수 있다. 이와 같이, 유리 소재의 상하부 온도 차이로 인해 유리 소재가 변형될 수 있으므로, 유리 소재를 원하는 모양을 성형하는 것이 어렵게 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 레이저 빔을 이용하여 유리를 성형하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
유리 소재를 고정하며, 제1 히터를 포함하는 제1 성형 몰드;
상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역에 레이저 빔을 조사하여 가열시키는 레이저 조사 장치; 및
상기 레이저 조사 장치에 의해 가열된 상기 유리 소재의 특정 영역에 압력을가하여 성형시키는 것으로, 제2 히터를 포함하는 제2 성형 몰드;를 포함하는 유리 성형 장치가 제공된다.
상기 제1 및 제2 히터는 상기 유리 소재의 성형 공정에서 상기 제1 및 제2 성형 몰드를 상기 유리 소재의 풀림(annealing) 온도 이상인 제1 온도로 가열시킬 수 있다. 상기 레이저 조사 장치는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열시킬 수 있다.
상기 제1 성형 몰드는 상기 유리 소재를 진공을 이용하여 고정시키기 위한 것으로, 캐비티(cavity) 및 상기 캐비티 내부를 진공으로 유지시키기 위한 진공홀(vacuum hole)을 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
제1 성형 몰드에 유리 소재를 고정하고, 상기 제1 성형 몰드를 가열하는 단계;
레이저 조사 장치를 이용하여 상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역을 가열하는 단계;
제2 성형 몰드를 가열한 다음, 상기 제2 성형 몰드를 이용하여 상기 가열된 유리 소재의 특정 영역을 가압하여 성형시키는 단계; 및
상기 성형된 유리 소재를 냉각시키는 단계;를 포함하는 유리 성형 방법이 제공된다.
상기 제1 및 제2 성형 몰드는 상기 유리 소재의 풀림(annealing) 온도 이상인 제1 온도로 가열될 수 있다. 상기 레이저 조사 장치는 상기 유리 소재의 특정 영역에 상기 레이저 빔을 조사함으로써 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열시킬 수 있다. 상기 성형된 유리 소재는 자연 냉각에 의해 연화 온도(softening temperature) 이하로 냉각될 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
유리 소재를 고정하며, 제1 히터를 포함하는 제1 성형 몰드;
상기 제1 성형 몰드의 주위에 마련되어 상기 유리 소재의 가장 자리 부분을 가열하는 보조 히터;
상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역에 레이저 빔을 조사하여 가열시키는 레이저 조사 장치; 및
상기 레이저 조사 장치에 의해 가열된 상기 유리 소재의 특정 영역에 압력을가하여 성형시키는 제2 성형 몰드;를 포함하는 유리 성형 장치가 제공된다.
상기 보조 히터는 상기 제1 성형 몰드의 양측에 마련되어 상기 유리 소재를 가열하는 제1 보조 히터; 및 상기 제1 성형 몰드의 양측 상부에 마련되어 상기 유리 소재를 가열하는 제2 보조 히터를 포함할 수 있다. 이러한 상기 제2 보조 히터는 적외선 열원을 포함할 수 있다.
상기 제2 성형 몰드는 제2 히터를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 히터는 상기 유리 소재의 성형 공정에서 상기 제1 및 제2 성형 몰드를 상기 유리 소재의 풀림 온도 이상인 제1 온도로 가열시킬 수 있다. 그리고, 상기 레이저 조사 장치는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열시킬 수 있다. 또 다른 측면에 있어서,
제1 성형 몰드에 상기 유리 소재를 고정하고, 상기 제1 성형 몰드를 가열하는 단계;
상기 제1 성형 몰드의 주위에 마련된 보조 히터를 이용하여 상기 유리 소재의 가장 자리 부분을 가열하는 단계;
레이저 조사 장치를 이용하여 상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역을 가열하는 단계;
제2 성형 몰드를 이용하여 상기 가열된 유리 소재의 특정 영역을 가압하여 성형시키는 단계; 및
상기 성형된 유리 소재를 냉각시키는 단계;를 포함하는 유리 성형 방법이 제공된다.
상기 보조 히터에 의해 가열되는 상기 유리 소재의 온도와 상기 제1 성형 몰드에 의해 가열되는 상기 유리 소재의 온도의 차이는 50도 이하가 될 수 있다. 상기 보조 히터는 상기 제1 성형 몰드의 양측에 마련되어 상기 유리 소재를 가열하는 제1 보조 히터; 및 상기 제1 성형 몰드의 양측 상부에 마련되어 상기 유리 소재를 가열하는 제2 보조 히터를 포함할 수 있다. 상기 제2 성형 몰드는 제2 히터에 의해 가열된 다음 상기 유리 소재의 특정 영역을 성형시킬 수 있다.
상기 유리 소재의 성형 공정에서 상기 제1 및 제2 성형 몰드는 상기 유리 소재의 풀림 온도 이상인 제1 온도로 가열될 수 있다. 그리고, 상기 레이저 조사 장치는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 성형 몰드가 각각 유리 소재의 하면 및 상면을 소정 온도가 가열한 상태에서 성형 공정을 수행함으로써 유리 소재에 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다. 따라서, 유리 소재의 상하부 온도 차이로 인한 유리 소재의 변형을 방지할 수 있고, 유리 소재를 원하는 모양을 성형할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 성형 몰드가 각각 유리 소재의 하면 및 상면을 소정 온도로 가열하고, 제1 및 제2 보조 히터가 제1 성형 몰드에 고정된 유리 소재의 가장 자리 부분을 가열한 상태에서 성형 공정을 수행하게 되면 성형 공정 후 유리 소재에 보다 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다. 따라서, 유리 소재의 상하부 온도 차이로 인한 유리 소재의 파손이나 변형을 방지함으로써 유리 소재를 원하는 모양을 성형할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 유리 성형 장치를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 유리 성형 장치를 이용하여 유리 소재를 성형하는 방법을 설명하는 도면들이다.
도 6은 도 2 내지 도 5에 도시된 유리 성형 과정에서 유리 소재의 상면 및 하면에서 측정된 온도 프로파일을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 유리 성형 장치를 도시한 것이다.
도 8 내지 도 11은 도 7에 도시된 유리 성형 장치를 이용하여 유리 소재를 성형하는 방법을 설명하는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 유리 성형 장치(100)를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 유리 성형 장치(100)는 제1 및 제2 성형 몰드(110,120)와, 레이저 조사 장치(130)를 포함한다. 도 1에는 평탄한 유리 소재(G)의 양측을 라운드 형상으로 성형하는 유리 성형 장치(100)장치가 예로 들어 도시되어 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 본 실시예에 따른 유리 성형 장치(100)는 유리 소재(G)를 다양한 형상으로 성형할 수 있다.
제1 성형 몰드(110)는 성형 공정에서 유리 소재(G)를 고정하는 동시에 고정된 유리 소재(G)를 소정 온도로 가열시키는 역할을 할 수 있다. 여기서, 제1 성형 몰드(110)의 양측은 유리 소재(G)를 성형하고자 하는 모양과 대응되도록 라운드 형상으로 형성될 수 있다.
제1 성형 몰드(110)는 진공을 이용하여 유리 소재(G)를 고정시킬 수 있다. 이를 위해, 제1 성형 몰드(110)에는 진공 형성을 위한 캐비티(cavity,112) 및 진공홀(vacuum hole,111)을 형성되어 있다. 그리고, 진공홀(111)은 유리 성형 장치(100)의 외부에 마련된 진공 장치(미도시)와 연결되어 있을 수 있다. 이러한 진공 장치의 구동에 의해 캐비티(112) 내부가 진공 상태를 유지하게 되면 제1 성형 몰드(110)에 적재된 유리 소재(G)는 진공에 의해 제1 성형 몰드(110)에 밀착됨으로써 고정될 수 있다.
제1 성형 몰드(110)는 그 위에 고정된 유리 소재(G)를 소정 온도로 가열시킨다. 이를 위해 제1 성형 몰드(110)에는 제1 성형 몰드(110)를 소정 온도로 가열시키기 위한 제1 히터(115)가 마련되어 있다. 제1 히터(115)가 구동되면 제1 성형 몰드(110)가 가열되고, 이에 따라 제1 성형 몰드(110)에 고정된 유리 소재(G)도 소정 온도로 가열될 수 있다. 유리 소재(G)의 성형 공정에서, 제1 히터(115)는 예를 들면, 유리 소재(G)의 풀림(annealing) 온도와 같거나 또는 그 보다 높은 온도인 제1 온도로 제1 성형 몰드(110) 및 유리 소재(G)를 가열할 수 있다.
레이저 조사 장치(130)는 유리 소재(G)의 상부에 마련되어 유리 소재(G)의 특정 영역에 레이저 빔(L1,L2)을 조사함으로써 성형하고자 하는 유리 소재(G)의 특정 영역을 소정 온도로 가열한다. 도 1에서는 레이저 조사 장치(130)가 유리 소재(G)의 특정 영역, 즉 유리 소재(G)의 양측에 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 조사하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 이 경우, 레이저 조사 장치(130)는 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 출사하는 제1 및 제2 레이저 헤드(131,132)를 포함할 수 있다. 한편, 레이저 조사 장치(130)는 하나 또는 3개 이상의 레이저 헤드를 포함할 수 도 있으며, 이 경우 유리 소재(G)에는 하나 또는 3개 이상의 레이저 빔이 조사될 수 있다. 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)은 그 단면 형상이 원형 또는 라인 형상 등이 될 수 있으며, 이외에도 다양한 형상이 될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)은 그 빔 형상에 따라 일정한 방향(예를 들면, 도 1에서 y방향)으로 왕복 이동하면서 유리 소재(G)의 특정 영역을 따라 조사될 수도 있고, 고정된 상태에서 유리 소재(G)의 특정 영역에 조사될 수도 있다.
레이저 조사 장치(130)에 의해 가열되는 유리 소재(G)의 양측 온도는 전술한 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 그 보다 높은 온도인 제1 온도 보다는 높은 제2 온도로 가열될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 레이저 조사 장치(130)에는 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 발진시키는 적어도 하나의 레이저 광원과 이러한 레이저 광원으로부터 발진된 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 소정의 경로로 진행시키는 광학계 등이 포함될 수 있다.
제2 성형 몰드(120)는 레이저 조사 장치(130)에 의해 가열된 유리 소재(G)의 양측 영역에 압력을 가하여 성형시키는 역할을 한다. 여기서, 제2 성형 몰드(120)는 필요에 따라 원하는 위치로 이동하여 성형 공정을 수행할 수 있도록 소정의 구동 수단(미도시)에 연결되어 있을 수 있다. 이러한 제2 성형 몰드(120)는 제1 성형 몰드(110)의 양측과 대응되는 모양의 라운드 형상을 포함할 수 있다.
제2 성형 몰드(120)는 소정 온도로 가열된 상태에서 유리 소재(G)의 성형 공정을 수행하게 된다. 이를 위해 제2 성형 몰드(120)는 제2 성형 몰드(120)를 소정 온도로 가열시키는 제2 히터(125)를 포함할 수 있다. 제2 히터(125)가 구동되면 제2 성형 몰드(120)가 가열되고, 이렇게 가열된 제2 성형 몰드(120)가 유리 소재(G)의 특정 영역을 압착함으로써 성형 공정을 수행하게 된다. 여기서, 제2 히터(125)는 제1 히터(115)와 마찬가지로 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 그 보다 높은 온도인 제1 온도로 제2 성형 몰드(120)를 가열할 수 있다.
이상과 같은 유리 성형 장치(100)에서는 후술하는 바와 같이 제1 및 제2 성형 몰드(110,120)가 각각 유리 소재(G)의 하면 및 상면을 소정 온도로 가열한 상태에서 성형 공정을 수행하게 되면 성형 공정 후 유리 소재(G)에 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다. 따라서, 유리 소재(G)의 상하부 온도 차이로 인한 유리 소재(G)의 변형을 방지함으로써 유리 소재(G)를 원하는 모양을 성형할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 유리 성형 장치(100)를 이용하여 유리 소재(G)를 성형하는 방법을 설명하는 도면들이다. 이하에서는 도 1에 도시된 유리 성형 장치(100)를 이용하여 제1 성형 몰드(110)에 적재된 평탄한 유리 소재(G)의 양측을 라운드 형상으로 성형하는 경우를 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 성형하고자 하는 유리 소재(G)를 제1 성형 몰드(110)에 적재한 다음, 이를 제1 성형 몰드(110)에 고정시킨다. 여기서, 유리 소재(G)는 진공 장치(미도시)의 구동에 의해 캐비티(112) 내부가 진공으로 유지됨으로써 제1 성형 몰드(110)의 상면에 밀착되어 고정될 수 있다. 그리고, 제1 히터(115)에 의해 제1 성형 몰드(110)를 가열함으로써 유리 소재(G)의 하면을 소정 온도로 가열한다. 여기서, 제1 성형 몰드(110) 및 유리 소재(G)의 하면은 예를 들어 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 또는 그 보다 높은 온도인 제1 온도로 가열될 수 있다.
이러한 제1 히터(115)에 의한 유리 소재(G)의 가열에 의해 유리 소재(G)는 무른 상태로 변할 수 있으며, 이에 따라 유리 소재(G)의 양측이 중력에 의해 아래로 약간 변형될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 유리 소재(G)의 양측은 변형됨이 없이 평탄한 상태를 유지할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 유리 소재(G)가 제1 성형 몰드(110)에 고정된 상태에서 레이저 조사 장치(130)에 의해 성형하고자 하는 유리 소재(G)의 특정 영역에 레이저 빔(L1,L2)을 조사한다. 구체적으로, 레이저 조사 장치(130)의 제1 및 제2 레이저 헤드(131,132)로부터 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 출사하고, 이 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)이 유리 소재(G)의 양측에 조사됨으로써 유리 소재(G)의 양측 상면은 소정 온도로 가열될 수 있다. 이러한 레이저 조사 장치(130)에 의해 가열되는 유리 소재(G)의 양측 상면은 예를 들어 전술한 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 그 보다 높은 온도인 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열될 수 있다.
제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)은 그 빔 형상에 따라 일정한 방향(예를 들면, 도 3에서 y방향)으로 왕복 이동하면서 유리 소재(G)의 특정 영역을 따라 조사될 수도 있고, 고정된 상태에서 유리 소재(G)의 특정 영역에 조사될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 레이저 조사 장치(130)에 의해 가열된 유리 소재(G)의 양측 영역을 제2 성형 몰드(120)를 이용하여 성형 공정을 수행한다. 여기서, 제2 성형 몰드(120)는 소정의 구동 수단(미도시)에 의해 제1 성형 몰드(110)의 양측 상부쪽으로 이동함으로써 성형 공정을 수행할 수 있다. 여기서, 제2 성형 몰드(120)는 제2 히터(125)에 의해 소정 온도로 가열된 상태에서 성형 공정을 수행하게 된다. 제1 성형 몰드(110)와 마찬가지로 제2 성형 몰드(120)는 제2 히터(125)에 의해 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 그 보다 높은 온도인 제1 온도로 가열될 수 있다. 이와 같이, 소정 온도가 가열된 제2 성형 몰드(120)는 제1 성형 몰드(110)에 고정된 유리 소재(G)의 가열된 양측 영역에 압력을 가함으로써 성형 공정을 수행하게 된다.
도 5를 참조하면, 제2 성형 몰드(120)가 성형 공정 수행 후 유리 소재(G)의 양측으로부터 분리되고, 이어서 유리 소재(G)는 냉각 과정을 거치게 된다. 여기서, 유리 소재(G)는 자연 냉각을 통해 연화 온도(softening temperature) 이하로 냉각됨으로써 유리 소재(G)의 성형 과정이 완료될 수 있다.
도 6은 도 2 내지 도 5에 도시된 유리 성형 과정에서 유리 소재(G)의 상면 및 하면에서 측정된 온도 프로파일을 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 유리 소재(G)의 하면은 제1 성형 몰드에 의해 대략 600℃ 정도로 가열된 상태에서 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)이 조사되었으며, 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)의 조사 후 대략 600℃ 정도로 가열된 제2 성형 몰드(120)에 의해 유리 소재(G)에 압력을 가함으로써 성형 공정을 수행하였다. 도 6에 도시된 바와 같이 유리 소재(G)의 성형 공정 완료 후 유리 소재(G)의 상하부는 균일한 온도 분포를 유지하고 있을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 따르면 제1 및 제2 성형 몰드(110,120)가 각각 유리 소재(G)의 하면 및 상면을 소정 온도가 가열한 상태에서 성형 공정을 수행함으로써 유리 소재(G)에 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다. 따라서, 유리 소재(G)의 상하부 온도 차이로 인한 유리 소재(G)의 변형이 방지됨으로써 유리 소재(G)를 원하는 모양을 성형할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 유리 성형 장치(200)를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 유리 성형 장치(200)는 제1 및 제2 성형 몰드(210,220)와, 보조 히터(241,242)와, 레이저 조사 장치(230)를 포함한다. 제1 성형 몰드(210)는 성형 공정에서 유리 소재(G)를 고정하는 동시에 고정된 유리 소재(G)를 소정 온도로 가열시키는 역할을 할 수 있다. 여기서, 제1 성형 몰드(210)의 양측은 유리 소재(G)를 성형하고자 하는 모양과 대응되도록 라운드 형상으로 형성될 수 있다.
제1 성형 몰드(210)는 진공을 이용하여 유리 소재(G)를 고정시킬 수 있다. 이를 위해, 제1 성형 몰드(210)에는 진공 형성을 위한 캐비티(212) 및 진공홀(211)을 형성되어 있다. 그리고, 제1 성형 몰드(210)는 그 위에 고정된 유리 소재(G)를 소정 온도로 가열시킨다. 이를 위해 제1 성형 몰드(210)에는 제1 성형 몰드(210)를 소정 온도로 가열시키기 위한 제1 히터(215)가 마련되어 있다. 제1 히터(215)가 구동되면 제1 성형 몰드(210)가 가열되고, 이에 따라 제1 성형 몰드(210)에 고정된 유리 소재(G)도 소정 온도로 가열될 수 있다. 유리 소재(G)의 성형 공정에서, 제1 히터(215)는 예를 들면, 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 또는 그 보다 높은 온도인 제1 온도로 제1 성형 몰드(210) 및 유리 소재(G)를 가열할 수 있다.
보조 히터(241,242)는 제1 성형 몰드(210)의 주위에 마련되어 제1 성형 몰드(210)에 고정된 유리 소재(G)의 가장 자리 부분을 소정 온도로 가열한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 성형 몰드(210)의 양측은 라운드 형상을 가지고 있으며, 이 라운드 형상 위에 위치한 유리 소재(G)의 가장자리 부분은 제1 성형 몰드(210)로부터 떨어져 있으므로 제1 성형 몰드(210)에 의해 가열되지 않을 수 있다. 이와 같이, 유리 소재(G)의 가장 자리 부분이 가열되어 있지 않아 다른 부분과 온도 편차가 심해지는 경우에는 유리 성형 과정에서 유리 소재(G)가 파손되거나 변형이 생길 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 실시예에서는 제1 성형 몰드(210)에 고정된 유리 소재(G)의 가장 자리 부분을 소정 온도로 가열시키기 위한 보조 히터(241,242)가 제1 성형 몰드(210)의 주위에 마련되어 있다. 여기서, 보조 히터의 온도는 제1 히터(215)에 의한 제1 성형 몰드(210)의 가열 온도인 제1 온도와 대략 50℃ 이내의 차이를 가질 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
보조 히터(241,242)는 예를 들면, 제1 성형 몰드(210)의 양측에 마련되는 제1 보조 히터(241)와 제1 성형 몰드(210)의 양측 상부에 마련되는 제2 보조 히터(242)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 보조 히터(241)는 유리 소재(G)의 가장 자리 부분 중 측면 및 하면을 가열시킬 수 있으며, 제2 보조 히터(242)는 유리 소재(G)의 가장 자리 부분 중 측면 및 상면을 가열시킬 수 있다. 제1 및 제2 보조 히터(241,242)는 다양한 열원을 포함할 수 있다. 한편, 유리 소재(G)의 가장 자리 부분의 상부에 마련된 제2 보조 히터(242)는 예를 들면, 적외선 열원을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 제1 및 제2 보조 히터(241,242)는 유리 성형 공정에서 원하는 자리로 이동할 수 있도록 소정의 구동 수단에 의해 구동될 수 있다.
레이저 조사 장치(230)는 유리 소재(G)의 상부에 마련되어 유리 소재(G)의 특정 영역에 레이저 빔(L1,L2)을 조사함으로써 성형하고자 하는 유리 소재(G)의 특정 영역을 소정 온도로 가열한다. 도 7에서는 레이저 조사 장치(230)가 유리 소재(G)의 특정 영역, 즉 유리 소재(G)의 양측에 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 조사하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 이 경우, 레이저 조사 장치(230)는 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 출사하는 제1 및 제2 레이저 헤드(231,232)를 포함할 수 있다. 한편, 레이저 조사 장치(230)는 하나 또는 3개 이상의 레이저 헤드를 포함할 수 도 있으며, 이 경우 유리 소재(G)에는 하나 또는 3개 이상의 레이저 빔이 조사될 수 있다. 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)은 그 단면 형상이 원형 또는 라인 형상 등이 될 수 있으며, 이외에도 다양한 형상이 될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)은 그 빔 형상에 따라 일정한 방향(예를 들면, 도 7에서 y방향)으로 왕복 이동하면서 유리 소재(G)의 특정 영역을 따라 조사될 수도 있고, 고정된 상태에서 유리 소재(G)의 특정 영역에 조사될 수도 있다.
레이저 조사 장치(230)에 의해 가열되는 유리 소재(G)의 양측 온도는 전술한 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 그 보다 높은 온도인 제1 온도 보다는 높은 제2 온도로 가열될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 레이저 조사 장치(230)에는 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 발진시키는 적어도 하나의 레이저 광원과 이러한 레이저 광원으로부터 발진된 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 소정의 경로로 진행시키는 광학계 등이 포함될 수 있다.
제2 성형 몰드(220)는 레이저 조사 장치(230)에 의해 가열된 유리 소재(G)의 양측 영역에 압력을 가하여 성형시키는 역할을 한다. 여기서, 제2 성형 몰드(220)는 필요에 따라 원하는 위치로 이동하여 성형 공정을 수행할 수 있도록 소정의 구동 수단(미도시)에 연결되어 있을 수 있다. 이러한 제2 성형 몰드(220)는 제1 성형 몰드(210)의 양측과 대응되는 모양의 라운드 형상을 포함할 수 있다. 이러한 제2 성형 몰드(220)가 유리 소재(G)의 특정 영역을 압착함으로써 성형 공정을 수행하게 된다.
한편, 제2 성형 몰드(220)는 소정 온도로 가열된 상태에서 유리 소재(G)의 성형 공정을 수행할 수도 있다. 이를 위해 제2 성형 몰드(220)는 제2 성형 몰드(220)를 소정 온도로 가열시키는 제2 히터(225)를 포함할 수 있다. 제2 히터(225)가 구동되면 제2 성형 몰드(220)가 가열되고, 이렇게 가열된 제2 성형 몰드(220)가 유리 소재(G)의 특정 영역을 압착함으로써 성형 공정을 수행하게 된다. 여기서, 제2 히터(225)는 제1 히터(215)와 마찬가지로 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 그 보다 높은 온도인 제1 온도로 제2 성형 몰드(220)를 가열할 수 있다.
이상과 같은 유리 성형 장치(200)에서는 후술하는 바와 같이 제1 및 제2 성형 몰드(210,220)가 각각 유리 소재(G)의 하면 및 상면을 소정 온도로 가열하고, 제1 및 제2 보조 히터(241,242)가 제1 성형 몰드(210)에 고정된 유리 소재(G)의 가장 자리 부분을 가열한 상태에서 성형 공정을 수행하게 되면 성형 공정 후 유리 소재(G)에 보다 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다. 따라서, 유리 소재(G)의 상하부 온도 차이로 인한 유리 소재(G)의 파손이나 변형을 방지함으로써 유리 소재(G)를 원하는 모양을 성형할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 도 7에 도시된 유리 성형 장치(200)를 이용하여 유리 소재(G)를 성형하는 방법을 설명하는 도면들이다. 이하에서는 도 7에 도시된 유리 성형 장치(200)를 이용하여 제1 성형 몰드(210)에 적재된 평탄한 유리 소재(G)의 양측을 라운드 형상으로 성형하는 경우를 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 성형하고자 하는 유리 소재(G)를 제1 성형 몰드(210)에 적재한 다음, 이를 제1 성형 몰드(210)에 고정시킨다. 여기서, 유리 소재(G)는 진공 장치(미도시)의 구동에 의해 캐비티(212) 내부가 진공으로 유지됨으로써 제1 성형 몰드(210)의 상면에 밀착되어 고정될 수 있다. 그리고, 제1 히터(215)에 의해 제1 성형 몰드(210)를 가열함으로써 유리 소재(G)의 하면을 소정 온도로 가열한다. 여기서, 제1 성형 몰드(210) 및 유리 소재(G)의 하면은 예를 들어 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 또는 그 보다 높은 온도인 제1 온도로 가열될 수 있다.
이러한 제1 히터(215)에 의한 유리 소재(G)의 가열에 의해 유리 소재(G)는 무른 상태로 변할 수 있으며, 이에 따라 유리 소재(G)의 양측이 중력에 의해 아래로 약간 변형될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 유리 소재(G)의 양측은 변형됨이 없이 평탄한 상태를 유지할 수도 있다.
그리고, 유리 소재(G) 중 제1 히터(215)에 의해 가열될 수 없는 부분, 즉 제1 성형 몰드(210)의 양측 라운드 형상 위에 위치한 유리 소재(G)의 가장 자리 부분은 보조 히터(241,242)에 의해 가열된다. 구체적으로, 제1 보조 히터(241)는 제1 성형 몰드(210)의 양측에 인접하게 이동하여 유리 소재(G)의 가장자리 부분의 측면 및 하면을 가열하고, 제2 보조 히터(242)는 유리 소재(G)의 가장자리 부분의 상부로 이동하여 유리 소재(G)의 가장자리 부분의 상면을 가열하게 된다. 이러한 보조 히터(241,242)는 예를 들어 유리 소재(G)의 가장 자리 부분을 전술한 제1 히터(215)에 의한 제1 성형 몰드(210)의 가열 온도인 제1 온도와 대략 50℃ 이내의 차이를 가지고 가열할 수 있다.
도 9를 참조하면, 유리 소재(G)가 제1 성형 몰드(210)에 고정되고 제1 히터(215)및 보호 히터(241,242)에 의해 가열된 상태에서 레이저 조사 장치(230)에 의해 성형하고자 하는 유리 소재(G)의 특정 영역에 레이저 빔(L1,L2)을 조사한다. 구체적으로, 레이저 조사 장치(230)의 제1 및 제2 레이저 헤드(231,232)로부터 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)을 출사하고, 이 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)이 유리 소재(G)의 양측에 조사됨으로써 유리 소재(G)의 양측 상면은 소정 온도로 가열될 수 있다. 이러한 레이저 조사 장치(230)에 의해 가열되는 유리 소재(G)의 양측 상면은 예를 들어 전술한 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 그 보다 높은 온도인 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열될 수 있다. 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)은 그 빔 형상에 따라 일정한 방향(예를 들면, 도 9에서 y방향)으로 왕복 이동하면서 유리 소재(G)의 특정 영역을 따라 조사될 수도 있고, 고정된 상태에서 유리 소재(G)의 특정 영역에 조사될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 레이저 조사 장치(230)에 의해 가열된 유리 소재(G)의 양측 영역을 제2 성형 몰드(220)를 이용하여 성형 공정을 수행한다. 여기서, 제2 성형 몰드(220)는 소정의 구동 수단(미도시)에 의해 제1 성형 몰드(210)의 양측 상부쪽으로 이동함으로써 성형 공정을 수행할 수 있다. 이러한 제2 성형 몰드(220)가 유리 소재(G)의 특정 영역을 압착함으로써 성형 공정을 수행하게 된다.
한편, 제2 성형 몰드(220)는 제1 성형 몰드(210)와 마찬가지로 소정 온도로 가열된 상태에서 성형 공정을 수행할 수도 있다. 즉, 여기서, 제2 성형 몰드(220)는 제2 히터(225)에 의해 소정 온도로 가열된 상태에서 성형 공정을 수행할 수 있다. 제2 성형 몰드(220)는 제1 성형 몰드(210)와 같이 제2 히터(225)에 의해 유리 소재(G)의 풀림 온도와 같거나 그 보다 높은 온도인 제1 온도로 가열될 수 있다. 이와 같이, 소정 온도가 가열된 제2 성형 몰드(220)는 제1 성형 몰드(210)에 고정된 유리 소재(G)의 가열된 양측 영역에 압력을 가함으로써 성형 공정을 수행하게 된다.
도 5를 참조하면, 제2 성형 몰드(220)가 성형 공정 수행 후 유리 소재(G)의 양측으로부터 분리되고, 이어서 유리 소재(G)는 냉각 과정을 거치게 된다. 여기서, 유리 소재(G)는 자연 냉각을 통해 연화 온도 이하로 냉각됨으로써 유리 소재(G)의 성형 과정이 완료될 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 따르면, 제1 및 제2 성형 몰드(210,220)가 각각 유리 소재(G)의 하면 및 상면을 소정 온도로 가열하고, 제1 및 제2 보조 히터(241,242)가 제1 성형 몰드(210)에 고정된 유리 소재(G)의 가장 자리 부분을 가열한 상태에서 성형 공정을 수행하게 되면 성형 공정 후 유리 소재(G)에 보다 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다. 따라서, 유리 소재(G)의 상하부 온도 차이로 인한 유리 소재(G)의 파손이나 변형을 방지함으로써 유리 소재(G)를 원하는 모양을 성형할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100,200.. 유리 성형 장치
110,210.. 제1 성형 유닛
111,211.. 진공홀
112,212.. 캐비티
115,215.. 제1 히터
120,220.. 제2 성형 유닛
125,225.. 제2 히터
130,230.. 열원 유닛
131,231.. 제1 레이저 헤드
132,232.. 제2 레이저 헤드
241.. 제1 보조히터
242.. 제2 보조히터
G.. 유리 소재

Claims (20)

  1. 유리 소재를 고정하며, 제1 히터를 포함하는 제1 성형 몰드;
    상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역에 레이저 빔을 조사하여 가열시키는 레이저 조사 장치; 및
    상기 레이저 조사 장치에 의해 가열된 상기 유리 소재의 특정 영역에 압력을가하여 성형시키는 것으로, 제2 히터를 포함하는 제2 성형 몰드;를 포함하는 유리 성형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 히터는 상기 유리 소재의 성형 공정에서 상기 제1 및 제2 성형 몰드를 상기 유리 소재의 풀림(annealing) 온도 이상인 제1 온도로 가열시키는 유리 성형 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 장치는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열시키는 유리 성형 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 성형 몰드는 상기 유리 소재를 진공을 이용하여 고정시키기 위한 것으로, 캐비티(cavity) 및 상기 캐비티 내부를 진공으로 유지시키기 위한 진공홀(vacuum hole)을 포함하는 유리 성형 장치.
  5. 제1 성형 몰드에 유리 소재를 고정하고, 상기 제1 성형 몰드를 가열하는 단계;
    레이저 조사 장치를 이용하여 상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역을 가열하는 단계;
    제2 성형 몰드를 가열한 다음, 상기 제2 성형 몰드를 이용하여 상기 가열된 유리 소재의 특정 영역을 가압하여 성형시키는 단계; 및
    상기 성형된 유리 소재를 냉각시키는 단계;를 포함하는 유리 성형 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 성형 몰드는 상기 유리 소재의 풀림(annealing) 온도 이상인 제1 온도로 가열되는 유리 성형 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 장치는 상기 유리 소재의 특정 영역에 상기 레이저 빔을 조사함으로써 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열시키는 유리 성형 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 성형된 유리 소재는 자연 냉각에 의해 연화 온도(softening temperature) 이하로 냉각되는 유리 성형 방법.
  9. 유리 소재를 고정하며, 제1 히터를 포함하는 제1 성형 몰드;
    상기 제1 성형 몰드의 주위에 마련되어 상기 유리 소재의 가장 자리 부분을 가열하는 보조 히터;
    상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역에 레이저 빔을 조사하여 가열시키는 레이저 조사 장치; 및
    상기 레이저 조사 장치에 의해 가열된 상기 유리 소재의 특정 영역에 압력을가하여 성형시키는 제2 성형 몰드;를 포함하는 유리 성형 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보조 히터는 상기 제1 성형 몰드의 양측에 마련되어 상기 유리 소재를 가열하는 제1 보조 히터; 및 상기 제1 성형 몰드의 양측 상부에 마련되어 상기 유리 소재를 가열하는 제2 보조 히터를 포함하는 유리 성형 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 보조 히터는 적외선 열원을 포함하는 유리 성형 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 성형 몰드는 제2 히터를 더 포함하는 유리 성형 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 히터는 상기 유리 소재의 성형 공정에서 상기 제1 및 제2 성형 몰드를 상기 유리 소재의 풀림 온도 이상인 제1 온도로 가열시키는 유리 성형 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 장치는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열시키는 유리 성형 장치.

  15. 제1 성형 몰드에 유리 소재를 고정하고, 상기 제1 성형 몰드를 가열하는 단계;
    상기 제1 성형 몰드의 주위에 마련된 보조 히터를 이용하여 상기 유리 소재의 가장 자리 부분을 가열하는 단계;
    레이저 조사 장치를 이용하여 상기 제1 성형 몰드에 고정된 상기 유리 소재의 특정 영역을 가열하는 단계;
    제2 성형 몰드를 이용하여 상기 가열된 유리 소재의 특정 영역을 가압하여 성형시키는 단계; 및
    상기 성형된 유리 소재를 냉각시키는 단계;를 포함하는 유리 성형 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보조 히터에 의해 가열되는 상기 유리 소재의 온도와 상기 제1 성형 몰드에 의해 가열되는 상기 유리 소재의 온도의 차이는 50도 이하인 유리 성형 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 보조 히터는 상기 제1 성형 몰드의 양측에 마련되어 상기 유리 소재를 가열하는 제1 보조 히터; 및 상기 제1 성형 몰드의 양측 상부에 마련되어 상기 유리 소재를 가열하는 제2 보조 히터를 포함하는 유리 성형 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2 성형 몰드는 제2 히터에 의해 가열된 다음 상기 유리 소재의 특정 영역을 성형시키는 유리 성형 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 성형 공정에서 상기 제1 및 제2 성형 몰드는 상기 유리 소재의 풀림 온도 이상인 제1 온도로 가열되는 유리 성형 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 장치는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열시키는 유리 성형 방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230078011A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 주식회사 싸이텍 최소접촉식 c형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 c형 글라스 제조방법

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