KR20170019599A - 액압을 이용한 유리 성형장치 및 이를 이용한 굴곡진 유리의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

곡면, 단차, 두께 편차 등의 복잡한 형상의 유리를 간단하게 제조하고, 미세 주름을 방지하는 액압을 이용한 유리 성형장치 및 그 유리의 제조방법을 제시한다. 그 장치 및 방법은 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질이 채워지고, 용융물질을 가열하여 유리소재의 연화점을 유지하는 성형온도를 가지며, 유리소재와 용융물질의 비중 차이로 유리소재가 이동하여 밀착되어 유리소재가 성형되도록 하는 금형을 포함하는 성형부를 구비하며, 이때 금형은 굴곡진 형태의 성형유리로 성형되는 형상을 한정한다.

Description

액압을 이용한 유리 성형장치 및 이를 이용한 굴곡진 유리의 제조방법{Apparatus of forming glass using liquid pressure and method of manufacturing curved glass using the apparatus}
본 발명은 유리 성형장치 및 그에 제조된 굴곡진 유리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액압을 이용하여 굴곡진 형태를 가진 유리를 성형하는 장치 및 그 굴곡진 유리의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 디스플레이 기기에 사용되는 커버 유리 및 보호시트에 엣지(edge) 부분이 휘어진 곡면유리의 적용이 활발하게 이루어지고 있다. 상기 곡면유리는 평판 유리 가장 자리의 양면에 열을 가해 곡면을 구현하고 있다. 한편, 디스플레이에 적용되는 유리는 다운로드법이 대표적으로 활용되고 있다. 예컨대, 일본공개특허 제1998-053426호는 유리 전이점으로부터 왜곡점까지의 평균 냉각속도를 1.2℃/초로 조정하여 평판 유리를 제조하는 방법을 제시하고 있다. 일본공개특허 제2007-186406호는 (서냉점+100℃)로부터 서냉점까지의 평균 냉각속도보다 서냉점으로부터 (서냉점-50℃)까지의 평균 냉각속도를 낮게 하는 평판 유리를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
하지만, 상기 특허들은 평판 유리를 제조하는 것이어서, 곡면유리에 적용하기 어렵다. 또한, 국내공개특허 제2005-0051771호에서, 유리판을 연화점 근처까지 가열하여, 가열된 유리판을 소정의 형상으로 곡면 성형하고, 곡면 성형한 유리판을 공기로 냉각하여 강화한 창유리를 제시하고 있다. 하지만, 상기 특허는 엣지만을 곡면 성형하고자 하는 유리를 제조할 수 없고, 나아가 단차를 가지거나 두께가 다른 유리 구조로 확대될 수 없다.
한편, 종래의 곡면유리 제조방법은 공기 중에서 유리를 고온으로 가열하여 성형하고 있다. 그런데, 종래의 방법은 상기 곡면유리의 구부러진 부분에 보이지 않는 미세한 주름, 왜곡 및 변형이 생긴다. 미세 주름, 왜곡 및 변형은 곡면유리 불량률을 높이는 주요 원인이다. 이러한 주름, 왜곡 및 변형을 제거하기 위해, 후공정으로 폴리싱 또는 에칭 후 수치제어가공(CNC) 공정으로 갈아내고 있다. 이러한 후공정은 상당한 비용 및 시간이 소요된다. 또한 공기 중의 고온공정으로 인해, 유리에 내포된 미세한 기포가 커지거나 터지는 불량이 많이 일어나고 있다. 특히, 종래의 방법은 유리의 전체 면에 일정한 온도 및 압력를 가하도록 하는 정교한 온도조절이 어려워 곡면유리에 표면이 불균일하게 왜곡되는 불량이 많다.
나아가, 종래의 방법은 곡면뿐 아니라, 홀, 단차, 두께 편차 등의 복잡한 형상을 제조할 수 없다. 이를 위해서는 유리의 전체 면에 일정한 온도 및 압력이 가해져야 한다. 하지만, 종래의 방법은 일정한 온도 및 압력을 가하기 어렵다. 이에 따라, 생산단가가 낮고 미세기포가 없고, 왜곡현상과 미세 주름을 방지하는 유리 성형방법이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 곡면, 홀, 단차, 두께 편차 등의 복잡한 형상의 유리를 간단하게 제조하고, 주름, 왜곡 및 변형과 미세기포에 의한 불량을 방지하는 액압을 이용한 유리 성형장치 및 이를 이용한 굴곡진 유리의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 액압을 이용한 유리 성형장치는 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질이 채워지고, 상기 용융물질을 가열하여, 상기 유리소재의 연화점을 유지하는 성형온도를 가지며, 상기 유리소재와 상기 용융물질의 비중 차이로 상기 유리소재가 이동하여 밀착되어, 상기 유리소재가 성형되도록 하는 금형을 포함하는 성형부를 구비한다. 이때, 상기 금형은 굴곡진 형태의 성형유리로 성형되는 형상을 한정한다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 유리소재는 평판 유리 또는 유리 곱 형태로 상기 성형장치에 제공될 수 있다. 상기 용융물질은 금속 또는 상기 금속의 합금 또는 금속-비금속 화합물 중의 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 용융물질은 Al, Ag, Ba, Bi, Cd, Ce, Mg, Pb Sb, Sr, Sn, Te 및 Zn 중에서 선택된 적어도 어느 하나, 또는 그들의 혼합물 또는 그들의 합금일 수 있다. 상기 용융물질은 AgCl, CaCl2, KNO3, MgCl2 및 ZnCl2 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 그들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치. 상기 성형유리는 곡면, 단차, 두께 편차, 홀 및 패턴 중의 적어도 어느 하나의 형상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 장치에 있어서, 상기 성형부의 일측은 상기 용융물질의 온도가 점진적으로 낮아지는 복수개의 챔버로 이루어진 승온부를 더 포함하고, 상기 성형부의 타측은 상기 용융물질의 온도가 점진적으로 낮아지는 복수개의 챔버로 이루어진 냉각부를 더 포함할 수 있다. 상기 복수개의 챔버는 복수개의 격벽으로 구분되고, 상기 격벽은 일측은 폐쇄되어 있고, 타측은 개방되어 통로를 제공하고, 상기 통로는 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 상기 복수개의 챔버는 복수개의 격벽으로 구분되고, 상기 격벽은 상기 챔버의 상부가 개방되어 통로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 장치에 있어서, 제7항에 있어서, 상기 승온부 및 상기 성형부를 이루는 챔버에서의 용융물질의 온도는 각각의 챔버에 부착된 히터에 의해 조절될 수 있다. 상기 냉각부를 이루는 챔버에서의 용융물질의 온도는 각각의 챔버에 부착된 냉각기에 의해 조절될 수 있다. 상기 승온부, 상기 성형부 및 상기 냉각부를 이루는 챔버에는 상기 용융물질의 온도가 제어된 용융물질 공급부에 의해 각각의 챔버에 공급될 수 있다. 상기 승온부 및 상기 냉각부는 선형 온도제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 승온부 및 상기 냉각부는 비선형 온도제어기를 더 포함할 수 있다.
바람직한 본 발명의 장치에 있어서, 케이스에 내부에 위치하며, 상기 유리소재가 성형되는 형상을 한정하는 하부금형 및 상기 하부금형의 상부에 위치하며, 상기 케이스의 내벽에 밀착되어 움직이는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 유리소재가 안착된 상기 하부금형은 성형 공간을 제공하고, 상기 성형 공간은 상기 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질이 채워질 수 있다.
또한, 바람직한 본 발명의 장치에 있어서, 상기 피스톤에는 상기 하부금형과 마주 보며, 상기 유리가 성형되는 형상을 한정하는 상부금형이 부착될 수 있다. 상기 피스톤은 상기 용융물질이 유동하는 제1 유로가 형성될 수 있다. 상기 하부금형은 상기 용융물질이 유동하는 제2 유로가 형성되고 상기 하부금형이 안착되는 안착부에 고정될 수 있다. 상기 피스톤은 상기 용융물질을 분출하는 적어도 하나의 분사구가 설치된 분사부가 부착될 수 있다. 상기 분사부는 상기 하부금형을 향하여 설치되고, 내측 및 외측을 구분하는 분리 격벽이 배치될 수 있다. 상기 분사구는 상기 분사부의 외각으로 갈수록 길이가 길어지는 것이 좋다.
덧붙여, 바람직한 본 발명의 장치에 있어서, 상기 용융물질은 상기 케이스의 외부로 연통되며, 상기 용용금속의 양을 조절하기 위한 용융물질 유로를 더 포함할 수 있다. 상기 용융물질 유로를 흐르는 상기 용용금속은 순환 펌프에 의해 유동되며, 용융물질 저장조에 저장될 수 있다. 상기 피스톤의 내부 또는 상기 하부금형에 인접하는 상기 케이스의 내부 중의 적어도 어느 하나에는 냉각액을 수용하는 냉각조를 포함할 수 있다. 상기 용융물질이 존재하지 않는 투입부에서 예비 가열될 수 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 액압을 이용한 유리 성형장치를 이용한 굴곡진 유리의 제조방법은 먼저, 굴곡진 형태의 성형유리로 성형되는 형상을 한정하는 금형을 포함하는 성형부를 준비한다. 그후, 상기 성형부에 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질을 채운다. 상기 용융물질을 가열하여, 상기 유리소재의 연화점을 유지하는 성형온도를 형성한다. 상기 유리소재와 상기 용융물질의 비중 차이로 이동하는 상기 유리소재를 밀착시켜 상기 유리소재가 성형하여 성형유리를 형성한다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 성형부의 일측에 위치하는 복수개의 챔버로 이루어진 승온부에 의해 각각의 상기 챔버마다 상기 용융물질의 온도를 점진적으로 낮아지는 온도구배를 주는 단계를 더 포함하고, 상기 성형부의 타측에 위치하는 복수개의 챔버로 이루어진 냉각부에 의해 각각의 상기 챔버마다 상기 용융물질의 온도를 점진적으로 낮아지는 온도구배를 주는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 온도구배는 선형으로 제어될 수 있고, 상기 온도구배는 비선형으로 제어될 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 유리소재 및 상기 성형유리는 상기 복수개의 챔버마다 형성된 격벽의 일측은 폐쇄되어 있고, 타측은 개방되어 서로 엇갈리게 배치된 통로를 통하여 이동할 수 있다. 상기 유리소재 및 상기 성형유리는 상기 챔버의 상부가 개방되어 제공된 통로를 통하여 이동할 수 있다. 상기 용융물질이 존재하지 않는 투입부에서 예비 가열되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 방법에 있어서, 상기 굴곡진 형태의 성형유리로 성형되는 형상을 한정하는 하부금형을 준비하는 단계와, 상기 하부금형 및 피스톤에 의해 한정된 성형 공간에 상기 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질을 채우는 단계와, 상기 피스톤을 이동하여, 상기 하부금형 상에 성형되어질 상기 유리소재를 안착시키는 단계 및 상기 용융물질에 의해 가해지는 액압에 의해 상기 하부금형의 형상대로 상기 유리소재를 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 방법에 있어서, 상기 유리소재를 성형하는 단계는 상기 피스톤에 부착된 상부금형 및 상기 하부금형 사이의 액압에 의해 이루어질 수 있다. 상기 유리소재를 성형하는 단계는 상기 피스톤에 부착된 분사부에 의한 상기 용융물질의 분출에 의한 액압으로 이루어질 수 있다. 상기 유리소재를 성형하는 단계 이후에, 상기 성형유리를 냉각하는 단계를 더 포함하고, 상기 성형유리를 냉각하는 단계는 상기 피스톤의 내부 또는 상기 하부금형에 인접하는 케이스의 내부 중의 적어도 어느 하나에 수용된 냉각액에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 액압을 이용한 유리 성형장치 및 이를 이용한 굴곡진 유리의 제조방법에 의하면, 유리의 연화점에서 용융 금속의 액압을 이용하여 성형함으로써, 곡면, 단차, 두께 편차 등의 복잡한 형상의 유리를 간단하게 제조하고, 미세기포에 의한 불량, 주름, 왜곡 및 변형을 방지할 수 있다. 또한, 곡면, 단차, 두께 조절, 홀, 패턴 등의 복잡한 형상의 유리에 대한 치수안정성 및 표면 균일성을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 액압을 이용한 제1 유리 성형장치의 측면 단면을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 유리 성형장치들에 의해 제조된 유리의 형태를 예시한 단면도들이다.
도 4는 본 발명에 의한 액압을 이용한 제2 유리 성형장치의 측면 단면을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 액압을 이용한 제3 유리 성형장치의 측면 단면을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 액압을 이용한 제4 유리 성형장치에 의해 유리가 성형되기 전의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8의 성형장치에 의해 유리가 성형되는 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명에 의한 액압을 이용한 제5 유리 성형장치를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 액압을 이용한 제6 유리 성형장치를 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예는 유리의 연화점에서 용융물질의 액압을 이용하여 성형함으로써, 곡면, 단차, 두께 편차 등의 복잡한 형상을 가진 유리를 간단하게 제조하고, 미세 주름을 방지하는 유리 성형장치 및 굴곡진 유리의 제조방법을 제시한다. 본 발명의 액압을 이용한 유리 성형은 3차원적으로 복잡한 형상을 가진 유리의 성형에 적합하다. 종래의 성형 방법은 공기 중에서 유리를 제조하는 것이나, 본 발명의 실시예는 액압을 활용한다는 점에 큰 차이가 있다. 이하에서는, 액압을 이용한 유리 성형장치를 구체적으로 설명하고, 상기 장치로 성형된 유리를 냉각하는 과정을 상세하게 알아보기로 한다. 본 발명의 유리 성형장치에 의해 제조된 유리(G)는 디스플레이의 윈도우, 터치패널용 유리 등에 효과적으로 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서의 액압은 두 가지 경우로 활용된다. 하나는 용융물질 자체의 압력이고, 나머지는 용융물질에 가압을 하는 것이다. 용융물질은 액상이므로, 정수압을 나타내며 부력이 발생한다. 이하에서는, 용융물질 자체의 압력을 이용하는 것과 가압을 하는 것을 구분하여 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 실시예는 용융물질의 액압과 더불어, 성형을 할 때에는 용융물질의 온도가 유리의 연화점에 일치시킨다. 본 발명에 의한 굴곡진 유리의 제조방법은 액상에서 진행하기 때문에, 미세기포의 영향을 벗어나, 이에 의한 불량을 차단할 수 있다.
<용융물질 자체의 압력을 이용한 유리 성형장치 및 성형방법>
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 의한 액압을 이용한 제1 유리 성형장치(100)의 측면 단면을 나타내는 개략적인 도면이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에서 바라본 개략적인 도면이다. 여기서, 본 발명의 성형장치의 필수 구성요소를 중심으로 설명하기로 하며, 본 발명의 범주 내에서 도면에 제시되지 않은 부가 구성요소가 있을 수 있다. 부가 구성요소는, 예를 들어 모터, 온도제어기, 압력발생부, 국부냉각기, 이송로봇 등이 있을 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 성형장치(100)는 내부에 용융물질(20)이 채워진 복수개의 챔버를 포함한다. 상기 복수개의 챔버는 승온부(A), 성형부(B) 및 냉각부(C)로 이루어진다. 성형부(B)에서, 용융물질(20)의 온도는 유리소재(RG; Raw Glass)의 연화점(softening point; Ts)의 온도와 일치하거나 높은 온도를 유지한다. 이와 같은 온도를 성형온도(Tf)라고 정의한다. 한편, 연화점(Ts)은 유리소재(RG)가 가열에 의해 변형 및 연화를 일으키기 시작하는 온도를 말한다. 유리소재(RG)는 종류에 따라 연화점(Ts)이 달라진다. 예컨대, 소다석회유리는 약 600℃, 석영유리는 약 1,500℃ 이상의 연화점(Ts)을 가진다. 용융물질(20)의 융점은 유리소재(RG)의 종류에 부합하도록 선택된다.
성형부(B)의 챔버(BF)에는 상부금형(21), 하부금형(22) 중의 적어도 어느 하나가 장착되어 있다. 여기서, 상부란 지면에 대하여 위치를 말하며, 하부는 상기 상부에 대향되는 곳이다. 상부 및 하부금형(21, 22)은 열전도율이 우수한 물질이 바람직하고, 그 예로써 회주철(FC25), 구조용 탄소강(S45C, S20C), 스테인레스강(SUS310), 카본, 금형용 강철(SKD11, SKD61) 등이 있다. 이 중에서, 열간금형용 강철인 SKD61이 바람직하다. 경우에 따라, 상부 및 하부금형(21, 22)의 표면에는 용융물질(20)이나 유리소재(RG)의 접착되지 않도록 하는 이형층을 포함할 수 있다. 이때, 상부 및 하부금형(21, 22)은 각각 고정부(23, 24)에 의해 고정된다. 물론, 본 발명의 범주 내에서 고정부(23, 24)는 상하 및 좌우로 움직일 수 있다.
승온부(A)는 복수개의 챔버(A1, …, An)로 이루어지며, 성형부(B)에 가장 가까운 챔버는 A1이고, 가장 먼 챔버는 An이다. 챔버 A1에서 챔버 An으로 갈수록, 용융물질(20)의 온도는 점진적으로 낮아진다. 냉각부(C)는 복수개의 챔버(C1, …, Cn)로 이루어지며, 성형부(B)에 가장 가까운 챔버는 C1이고, 가장 먼 챔버는 Cn이다. 챔버 C1에서 챔버 Cn으로 갈수로, 용융물질(20)의 온도는 점진적으로 낮아진다. 다시 말해, 승온부(A)는 챔버 An으로부터 챔버 A1로 갈수록 온도가 상승하므로, 챔버 A1의 온도가 성형온도(Tf)에 가장 근접한다. 냉각부(C)는 챔버 C1로부터 챔버 Cn로 갈수록 온도가 하강하므로, 챔버 C1의 온도가 성형온도(Tf)에 가장 근접한다.
승온부(A)의 챔버 An은 투입부(11)에 연결되며, 투입부(11)는 용융물질(20)이 존재하지 않는다. 투입부(11)에는 유리소재(RG; Raw Glass)가 탑재되고, 투입도어(12)를 통하여, 챔버 An으로 인입된다. 도시되지는 않았지만, 투입부(11)에는 별도의 가열수단이 있어서, 유리소재(RG)를 소정의 온도로 예비 가열할 수 있다. 냉각부(B)의 챔버 Cn은 배출부(14)에 연결되며, 배출부(14)에는 용융물질(20)이 존재하지 않는다. 배출부(14)에는 배출도어(15)를 통하여 굴곡진 성형유리(FG; Formed Glass)가 들어오고, 필요한 경우, 표면 가공을 위한 장치로 이송될 수 있다.
승온부(A), 성형부(B) 및 냉각부(C)를 이루는 복수개의 챔버는 케이스(10)에 의해 고정된다. 케이스(10)는 반드시 이에 한정하는 것은 아니나, 금속 물질이면 가능하고, 상대적으로 형상을 구현하기 쉽고 강성이 뛰어난 철, 알루미늄, 스테인레스강 또는 그들의 합금이 바람직하다. 케이스(10)에는 단열재를 포함할 수 있다. 상기 단열재는 유리 섬유, 콘크리트, 석고, 내열 플라스틱, 내열 세라믹, 내열지 또는 돌가루 등을 사용할 수 있으며, 내화 벽돌, 내열 보드 등의 형태로 부착될 수 있다.
본 발명의 제1 성형장치(100)에서, 복수개의 챔버(A1~An, BF, C1~Cn)는 각각 격벽(16)에 의해 분리된다. 복수개의 격벽(16)은 일측은 케이스(10)와 연결되어 폐쇄되어 있고, 타측은 유리(RG, FG)가 이동하는 통로(30)를 제공하기 위하여 개방되어 한다. 통로(30)는 복수개의 격벽(16) 모두에 형성되며, 격벽(16)마다 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 격벽(16)은 케이스(10)와 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 단열재를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 격벽(16)에는 용융물질(20)의 온도조절을 위한 냉각수단을 더 포함할 수 있다. 또한, 통로(30)는 용융물질(20)의 온도를 보다 정밀하게 제어할 수 있도록, 별도의 개폐수단을 둘 수 있다.
케이스(10)의 외측에서, 승온부(A) 및 성형부(B)에는 히터(25)를 설치한다. 히터(25)는 별도의 제어수단을 이용하여, 용융물질(20)의 온도를 정밀하게 제어한다. 히터(25)의 온도를 정밀하게 제어하는 것은 당업계에서 자명한 기술적 사항이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, 히터(25)는 승온부(A)의 챔버(A1~An), 성형부(B)의 챔버(BF)에 각각 별도로 장착되는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 일부의 챔버에는 히터(25)가 장착되지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 냉각부(C)에는 냉각기(27)를 설치하여 용융물질(20)의 온도를 정밀하게 제어한다. 냉각기(27)는 챔버(C1~Cn)에 각 별도로 장착되는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 일부의 챔버에는 냉각기(27)가 장착되지 않을 수 있다. 히터(25) 및 냉각기(27)는 케이스(10)가 연장되어 밀폐된 구조물(26)에 내장될 수 있다.
유리소재(RG)는 판유리 또는 유리 곱(gob)의 형태로 투입부(11)에 제공될 수 있다. 도면에서는 판유리를 표현하였지만, 유리 곱(gob)을 공급하는 별도의 수단을 두어, 투입부(11)에 상기 유리 곱(gob)을 안착시킬 수 있다. 상기 유리 곱(gob)을 공급하는 수단은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 정도이다. 유리소재(RG)는 일반적으로, SiO2, Al2O3, Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO, Sn2O, ZrO2 등의 함량이 적절하게 조절된 것이다. 유리소재(RG) 또는 성형유리(FG)는 성능을 개선하기 위한 물질이 혼합될 수 있다. 상기 물질은 AgCl, CaCl2, KNO3, MgCl2, ZnCl2 중에서 선택된 적어도 하나이며, 잘 알려진 바대로 유리를 강화시키는 데에는 KNO3가 주로 사용된다.
용융물질(20)의 융점은 유리소재(RG)의 연화점(Ts)보다 낮다. 즉, 용융물질(20)의 융점은 Tf-100℃, 바람직하게는 Tf-200℃, 보다 바람직하게는 Tf-300℃이다. 상기 융점이 연화점(Ts)보다 낮을수록 연화점(Ts)에서의 용융물질(20)의 안정성(응고되지 않음)을 확보할 수 있다. 하지만, 융점이 지나치게 낮으면, 연화점(Ts)까지 온도를 상승시키는 데, 비용을 많이 들어갈 수 있다. 본 발명의 용융물질(20)은 상술한 내용을 참작하여 선택될 수 있다.
용융물질(20)은 금속 및 그 합금 또는 금속-비금속 화합물을 활용할 수 있다. 용융물질(20)은 Al, Ag, Ba, Bi, Cd, Ce, Mg, Pb Sb, Sr, Sn, Te, Zn 중에서 선택된 어느 하나 금속 또는 상기 금속의 혼합물 또는 그들의 합금일 수 있다. Al은 대략 660.4℃, Ag는 대략 961.9℃, Ba은 대략 850℃, Bi는 대략 271℃, Cd는 대략 321.1℃, Ce은 대략 645℃, Mg는 대략 651℃, Pb는 대략 327.5℃, Sb는 대략 630.5℃, Sr는 대략 800℃, Sn은 대략 231.9℃, Te은 대략 452℃ 및 Zn은 대략 419℃의 융점을 가진다. 환경문제, 경제성 및 안정성을 고려하면, Al, Sn, Zn 중에서 선택된 어느 하나 또는 그들의 합금이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 의한 용융물질(20)의 융점은 200℃ 내지 1,000℃가 바람직하다.
또한, 용융물질(20)은 AgCl, CaCl2, KNO3, MgCl2, ZnCl2 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물 또는 상기 화합물의 혼합물을 사용할 수 있다. AgCl은 대략 455℃, CaCl2는 대략 772℃, KNO3는 대략 333℃, MgCl2는 대략 712℃, ZnCl2는 대략 290℃의 융점을 가진다. AgCl, CaCl2, KNO3, MgCl2, ZnCl2는 앞에서 설명한 바와 달리, 기능을 개선시키는 목적뿐 아니라 용융물질(20)로 활용된다. 본 발명의 실시예에 의한 용융물질(20)은 상기 금속, 합금 및 화합물을 적적하게 혼합하여 적용할 수 있다. 이와 같은 혼합은 용융물질(20)의 융점, 성형유리(FG)의 물성 등이 고려된다.
용융물질(20)은 액상이므로, 유리(RG, FG)에는 정수압(hydrostatic pressure)이 가해진다. 액상의 용융물질(20)은 정지 상태에서 상대적인 마찰 운동이 없기 때문에, 유리(RG, FG)와 접하는 용융물질(20)은 항상 수직으로 압력이 작용하고, 임의의 점에서의 압력의 크기는 방향에 무관하게 일정하다. 이에 따라, 연화점(Ts)과 일치하거나 약간 높은 온도로 가열된 유리소재(RG)는 상기 정수압에 의해 임의의 형상을 무난하게 성형할 수 있다. 상기 정수압을 활용하면, 유리소재(RG)가 성형될 때, 미세한 주름이 발생하는 것을 차단할 수 있다. 또한, 용융물질(20)은 액상으로 상대적으로 비열(specific heat)이 크므로, 온도를 정밀하게 제어할 수 있고, 전체적으로 균일한 온도를 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 성형장치(100)에 의해 가공되는 성형유리(FG)의 형태를 예시한 단면도들이다. 여기서, 예시된 형태는 통칭하여 굴곡진 형태라고 한다.
도 3에 의하면, 사례 a에서 사례 g는 홀(hole) 또는 단차가 존재하는 유리이다. 사례 h에서 사례 j는 테두리 부근이 굽어진 유리이다. 사례 k에서 사례 n은 두께가 일정한 곡면유리 또는 두께가 다른 곡면유리이다. 사례 o는 단차가 있는 곡면유리이다. 사례 p 및 사례 q는 패인 홈이 존재하는 유리이며, 상기 홈의 저면에는 로고 등을 새기거나 패턴이 형성될 수 있다. 사례 r에서 사례 u는 다면체, 각뿔, 각뿔대, 원통, 원뿔, 원뿔대 등과 같은 패턴이 상호 연결되거나 이격되어 배치된 것이다.
사례 r 내지 사례 u는 마이크로(㎛) 또는 나노(nano) 크기의 미세한 패턴을 가질 수 있다. 상기 미세한 패턴은 눈부심 방지, 반사 방지, 프라이버시 기능, 디스플레이 입체 효과, 지문 방지, 무아레 효과, 랜티큘러 효과, 홀로그램 등의 기능을 부여할 수 있다. 사례 v는 핸드폰, MP3 등의 모바일 기기의 커버 유리로 적용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 유리 성형장치는 형상에 구애받지 않고 유리를 성형할 수 있으므로, 위의 사례들에서 표현하지 못한 형상도 구현할 수 있다. 예를 들어, 적절한 패턴을 주어 색보정을 위한 유리도 제작할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제1 성형장치(100)를 이용하여 성형유리(FG)를 제조하는 과정을 상세하게 설명하기로 한다. 이때, 유리소재(RG)는 평판이면서 연화점(Ts)이 680℃로 하고, 용융물질(20)은 융점이 419℃인 Zn을 가정하기로 한다.
성형부(B)의 챔버(BF)에는 상부금형(21) 또는 하부금형(22) 중의 어느 하나만 설치되어 있거나, 상부 및 하부금형(21, 22) 모두 설치되어 있을 수 있다. 이는 본 발명의 유리소재(RG) 및 용융물질(20)의 특성에 따라 결정된다. 성형부(B)의 용융물질(20)의 온도는 성형온도(Tf)인 (600ㅁ a)℃의 온도를 유지한다. 여기서, a는 제조공정상의 편차로 당업계의 통상의 지식을 가진 자가 반복적인 실험을 통하여 얻어질 수 있는 값이다. 예컨대, α는 0.1로 정해질 수 있다.
승온부(A)는 히터(25)를 이용하여, 용융물질(20)의 온도를 챔버 A1로부터 챔버 An으로 갈수록 하강하는 온도구배를 준다. 구체적으로, 챔버 A1에서의 온도는 (Tf-1*b)℃, 이웃하는 챔버 A2의 온도는 (Tf-2*b)℃, 챔버 An의 온도는 (Tf-n*b)이다. 이때, b는 제어값으로 용융물질(20)의 종류, 챔버의 개수, 성형의 적합성 등을 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 b는 0.01, 0.1, 1.0과 같이 설정될 수 있고, 0.01ㅁ α, 0.1ㅁ α, 1.0ㅁ α와 같이 편차 α를 둘 수 있다. 나아가, 상기 제어값은 각각의 챔버마다 다른 편차를 가질 수 있다. 예로써, 챔버 A1은 0.1ㅁ α, 챔버 A2는 0.1ㅁ β와 같은 방식으로 제어값을 설정할 수 있다.
냉각부(C)는 냉각기(27)를 이용하여, 용융물질(20)의 온도를 챔버 C1로부터 챔버 Cn으로 갈수록 하강하는 온도구배를 준다. 구체적으로, 챔버 C1에서의 온도는 (Tf-1*c)℃, 이웃하는 챔버 C2의 온도는 (Tf-2*c)℃, 챔버 Cn의 온도는 (Tf-n*c)이다. 이때, c는 제어값으로 용융물질(20)의 종류, 챔버의 개수, 성형의 적합성 등을 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 c는 0.01, 0.1, 1.0과 같이 설정될 수 있고, 0.01ㅁ α, 0.1ㅁ α, 1.0ㅁ α와 같이 편차 α를 둘 수 있다. 나아가, 상기 제어값은 각각의 챔버마다 다른 편차를 가질 수 있다. 예로써, 챔버 C1은 0.1ㅁ α, 챔버 C2는 0.1ㅁ β가 되도록 하는 방식으로 제어값을 설정할 수 있다.
승온부(A) 및 냉각부(C)에서 온도구배를 구현하는 데 있어서, 일정한 제어값으로 온도를 조절하는 것을 선형 온도제어라고 한다. 일정한 제어값이란, 제어값이 모든 챔버에서 동일하거나, 동일한 편차를 가지는 것이다. 이에 반해, 각각의 챔버마다 다른 편차의 제어값으로 온도를 조절하는 것을 비선형 온도제어라고 한다. 본 발명의 제1 성형장치(100)의 히터(25) 및 냉각기(27)는 위와 같은 선형 온도제어 및 비선형 온도제어를 모두 수행할 수 있는 별도의 온도제어기를 구비할 수 있다.
유리소재(RG)는 투입부(11)에서 챔버 A1의 용융물질(20)과 실질적으로 동일한 온도로 예비 가열된 후, 챔버 A1에 투입된다. 유리소재(RG)는 승온부(A)의 각 챔버를 지나면서, 서서히 승온된다. 용융물질(20)은 액상이므로 정수압이 유리소재(RG)에 가해지고, 유리소재(RG)는 전체에 걸쳐 균일한 온도로 승온된다. 공기 중에서 온도를 가열하면, 온도의 균일도를 구현하기 어렵고, 유리소재(RG)에 국부적인 온도편차가 있으나, 본 발명의 실시예에 의한 유리소재(RG)는 국부적인 온도편차가 없이 전체적으로 균일한 온도를 가진다.
승온부(A)의 각 챔버(A1~An)에서의 유리소재(RG)는 로봇 이송기와 같은 이송수단에 의해 통로(30)를 거치면서 이동한다. 통로(30)는 각 챔버(A1~An)마다 엇갈리게 배치함으로써, 각 챔버(A1~An)의 온도를 일정하게 유지하고, 유리소재(RG)의 이동경로를 크게 한다. 상기 이송수단은 각각의 격벽(16)에 설치된 로봇 암(arm)과 같이, 본 발명의 범주 내에서 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 심지어, 별도의 이송수단이 없이, 용융물질(20)의 흐름으로만 유리소재(RG)를 이동시킬 수도 있다.
유리소재(RG)가 성형부(B)의 챔버(BF)에 도달하면, 유리소재(RG)는 상부금형(21) 또는 하부금형(22)으로 이동하여 밀착된다. 상부금형(21) 또는 하부금형(22)에 밀착된 유리소재(RG)는 상기 금형(21 또는 22)의 형상대로 성형되어 성형유리(FG)가 된다. 상부금형(21) 또는 하부금형(22)의 형상은 도 3에서 설명한 성형유리(FG)를 제조하기 위하여, 적절하게 선택된다. 유리소재(RG)를 함유하는 용융물질(20)의 온도는 유리소재(RG)의 연화점(Ts)에 해당하므로, 유리소재(RG)는 정수압에 의해 용이하게 성형된다.
유리소재(RG)가 상부금형(21) 또는 하부금형(22)으로 이동하는 것은 용융물질(20)에 대한 유리소재(RG)의 비중에 따라 달라진다. 만일, 유리소재(RG)의 비중이 용융물질(20)보다 작으면, 유리소재(RG)는 상승하여 상부금형(21) 쪽으로 이동한다. 반대로, 유리소재(RG)의 비중이 용융물질(20)보다 크면, 유리소재(RG)는 하강하여 하부금형(22) 쪽으로 이동한다. 바람직하게는, 유리소재(RG)의 부유를 유도하기 위하여, 유리소재(RG)의 비중이 작은 것이 좋다. 실질적으로, 대부분의 용융물질(20)은 유리소재(RG)보다 비중이 커서, 유리소재(RG)는 상승하는 경향을 가진다.
본 발명의 제1 성형장치(100)에 의한 성형은 온도편차가 거의 없는 액상의 용융물질(20)을 활용함으로써, 유리소재(RG)를 연화점(Ts)에서 정밀하게 성형할 수 있다. 연화점(Ts)에서의 정밀한 성형은 성형유리(FG)의 주름, 왜곡 및 변형을 최대한 줄일 수 있다. 상기 주름, 왜곡 및 변형은 유리소재(RG)에 가해지는 온도의 편차, 압력의 불균일 등에 의해 발생한다. 그런데, 본 발명의 실시예에 의한 성형은 온도의 편차가 거의 없고, 일정한 정수압이 가해지므로, 상기 편차 및 불균일을 최대한으로 줄일 수 있다.
성형부(B)에서 성형된 유리소재(RG)는 성형유리(FG)가 된다. 성형유리(FG)는 냉각부(C)의 각 챔버를 지나면서, 서서히 냉각된다. 용융물질(20)은 액상이므로 정수압이 성형유리(FG)에 가해지고, 성형유리(FG)는 전체에 걸쳐 균일한 온도로 냉각된다. 공기 중에서 냉각하면, 온도의 균일도를 구현하기 어렵고, 성형유리(FG)에 국부적인 온도편차가 있으나, 본 발명의 실시예에 의한 성형유리(FG)는 국부적인 온도편차가 없이 전체적으로 균일한 온도를 가진다. 이에 따라, 성형유리(FG)의 냉각과정 중에서 발생할 수 있는 주름, 왜곡 및 변형을 최대한 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 액압을 이용한 제2 유리 성형장치(200)의 측면 단면을 나타내는 개략적인 도면이다. 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에서 바라본 개략적인 도면이다. 제2 유리 성형장치(200)는 격벽(17) 및 그에 의한 통로(32)를 제외하고, 제1 유리 성형장치(100)와 동일하다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 성형장치(200)의 복수개의 챔버(A1~An, BF, C1~Cn)는 각각 격벽(17)에 의해 분리된다. 복수개의 격벽(17)은 유리(RG, FG)가 이동하는 통로(32)를 제공하기 위하여 각 챔버(A1~An, BF, C1~Cn)의 상부가 개방되어 한다. 이에 따라, 케이스(10)와 격벽(17) 사이의 빈 공간이 통로(32)를 정의한다. 통로(32)는 복수개의 격벽(17) 모두에 형성된다. 격벽(17)은 케이스(10)와 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 단열재를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 격벽(17)에는 용융물질(20)의 온도조절을 위한 냉각수단을 더 포함할 수 있다. 또한, 통로(32)는 용융물질(20)의 온도를 보다 정밀하게 제어할 수 있도록, 별도의 개폐수단을 둘 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 액압을 이용한 제3 유리 성형장치(300)의 측면 단면을 나타내는 개략적인 도면이다. 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선에서 바라본 개략적인 도면이다. 제3 유리 성형장치(300)는 용융물질(20)을 공급하는 방식을 제외하고, 제1 및 제2 유리 성형장치(100, 200)와 동일하다. 여기서는, 제1 유리 성형장치(100)를 예로 들었으나, 제2 성형장치(200)에도 적용될 수 있다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제3 성형장치(300)는 제1 및 제2 성형장치(100, 200)에서의 히터(25) 및 냉각기(27) 대신에, 용융물질 공급부(33)를 통하여 용융물질(20)을 공급한다. 이때, 용용금속(20)은 제1 및 제2 성형장치(100, 200)에서와 같이, 정밀하게 온도가 제어된 것이다. 용융물질(20)은 용융물질 공급부(33)에서 온도가 제어되어, 용융물질 유로(34)를 통하여 각 챔버(A1~An, BF, C1~Cn)에 공급된다. 제3 성형장치(300)와 같이 용융물질(20)을 공급하면, 히터(25) 및 냉각기(27)에 의해 간접적으로 온도를 조절하는 것보다 보다 안정되게 온도조절을 할 수 있다.
또한, 용융물질(20)이 하강하는 힘에 의해, 챔버(A1~An, BF, C1~Cn)에서의 유리(RG, FG)의 위치를 적절하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 유리(RG, FG)의 비중에 용융물질(20)보다 작아서 상승하는 힘과 용융물질(20)이 하강하는 힘이 서로 균형을 이루도록 할 수 있다. 도면에서는, 용융물질 유로(34) 및 케이스(10)가 만나는 용융물질 출구(35)를 간략하게 표현하였으나, 상기 힘의 균형을 이루고 용융물질(20)의 정수압이 파괴되지 않는 범위 내에서, 용융물질 출구(35)를 여러 가지 형태로 변형할 수 있다.
<용융물질에 가압을 하는 유리 성형장치 및 성형방법>
이하에서는 용융물질에 가압을 하여 유리소재를 성형하는 장치를 제시한다. 상기 성형 장치는 제1 내지 제3 성형장치(100, 200, 300)의 성형부(B)를 대체할 수 있다. 다시 말해, 추후에 제시되는 가압 성형장치는 가압 성형하는 것을 중심으로 설명하겠지만, 제1 내지 제3 성형장치(100, 200, 300)의 승온부(A) 및 냉각부(C)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 범주 내에서 가압 성형장치와 승온부(A) 및 냉각부(C)와 연결부위가 적절하게 변형될 수 있는 것은 자명하다 할 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 액압을 이용한 제4 유리 성형장치(400)에 의해 유리소재(RG)가 성형되기 전의 상태를 나타내는 단면도이다. 도 9는 도 8의 성형장치(400)에 의해 유리소재(RG)가 성형되는 상태를 설명하기 위한 단면도이다. 이때, 유리소재(RG), 용융물질(20)의 재질은 제1 성형장치(100)에서와 같다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제4 장치(400)는 상부 케이스(61) 및 하부 케이스(62)로 이루어진 케이스(60)는 성형을 위한 공간을 제공한다. 상기 공간에는 도 3에서 설명한 성형유리(FG)의 형태를 구현하기 위한 상부금형(72) 및 하부금형(70)이 존재한다. 상부금형(72)이 부착된 피스톤(66)은 상부 케이스(61)에 내벽에 밀착되어 움직인다. 피스톤(66)은 상부 케이스(61)의 상부를 관통하여 움직이는 피스톤 로드(68)에 의해 상하 운동을 한다. 로드 고정부(67)는 피스톤(66) 및 피스톤 로드(68)가 움직이는 도중에 흔들리는 것을 방지된다. 피스톤(66)은 열전도율이 우수한 물질이 바람직하고, 그 예로써 회주철(FC25), 구조용 탄소강(S45C, S20C), 스테인레스강(SUS310), 카본, 금형용 강철(SKD11, SKD61) 등이 있다. 이 중에서, 열간금형용 강철인 SKD61이 바람직하다.
유리소재(RG)를 성형하기 전에는 피스톤(66)이 상부 케이스(61) 쪽으로 이동하여 유리소재(RG)와 상부금형(72)은 이격되고, 성형을 할 때에는 피스톤(66)이 하부금형(70) 쪽으로 이동하여 유리소재(RG)와 상부금형(72)이 밀착된다. 유리소재(RG)를 매개로 하여, 하부 및 상부금형(70, 72)이 밀착된 상태에서 압력을 가하면, 유리소재(RG)가 상기 금형(70, 72)에서 제공하는 형태로 성형된다. 상부금형(72)은 피스톤(66)과 일체형이거나, 상부금형(72)이 피스톤(66)에 부착된 것일 수 있다. 하부 및 상부금형(70, 72)은 열전도율이 우수한 물질이 바람직하고, 그 예로써 회주철(FC25), 구조용 탄소강(S45C, S20C), 스테인레스강(SUS310), 카본, 금형용 강철(SKD11, SKD61) 등이 있다. 이 중에서, 열간금형용 강철인 SKD61이 바람직하다. 경우에 따라, 하부 및 상부금형(70, 72)의 표면에는 용융물질(20)이나 유리(RG, FG)에 접착되지 않도록 하는 이형층이 형성될 수 있다.
또한, 피스톤(66) 또는 하부금형(70)의 적어도 하나는 유리소재(RG)의 연화점(Ts) 근처로 가열될 수 있다. 피스톤(66) 및 하부금형(70)의 적어도 하나를 예비 가열하면, 용융물질(20)과 유리소재(RG)의 온도 구배가 급격하게 변하지 않게 한다. 또한, 유리소재(RG)에 가해지는 온도를 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 유리소재(RG)는 제1 성형장치(100)의 투입부(11)를 두어, 예비 가열된 상태에서 투입될 수 있다. 이에 대해서는 제1 성형장치(100)에 구체적으로 언급되어 있으므로, 여기서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
하부금형(70) 및 상부금형(72) 사이에는 유리소재(RG)가 성형되는 성형 공간(D)이 존재한다. 성형 공간(D)은 용융물질(20)이 채워진다. 이때, 용융물질(20)은 제1 성형장치(100)에서 설명한 성형온도(Tf)를 유지한다. 유리소재(RG)를 성형하는 과정에서, 용융물질(20)이 충진된 성형 공간(D)은 확장되거나 축소된다. 성형 공간(D)에 공급되는 용융물질(20)의 양을 조절하기 위하여, 케이스(60)의 외측으로는 용융물질 유로(56)가 존재한다. 용융물질 유로(56)는 파이프 형태로써, 그 직경은 용융물질(20)이 원활하게 유동할 수 있는 정도이다. 용융물질(20)은 용융물질 저장조(50)에 저장되고, 조절밸브(52)를 이용하여 성형 공간(D)에 공급되는 용용금속(20)의 유량이 조절된다.
용융물질 저장조(50)는 용융물질(20)을 융해하는 수단을 구비하거나 상기 수단으로부터 용융물질(20)을 공급받을 수 있다. 유량이 조절된 용융물질(20)은 순환 펌프(54)에 의해, 성형 공간(D)으로 공급되거나 제거된다. 하부 케이스(62)는 피스톤(66)이 하강할 때, 넘쳐흐르는 용융물질(20)을 배출하기 위한 우회로(56a)를 구비한다. 우회로(56a)는 용융물질(20)의 유동이 자연스럽게 일어나도록 하는 정도이면 충분하다.
유리소재(RG)를 성형할 때에는, 성형 공간(D)을 차지하는 용융물질(20)의 양이 줄어든다. 이때, 순환 펌프(54)를 가동하는 상태에서 조절밸브(52)를 열면, 우회로(56a)를 통하여 배출되는 잉여의 용융물질(20)은 용융물질 저장조(50)에 저장된다. 성형이 완료되고 상부금형(72)이 성형유리(FG)로부터 멀어질 때, 조절밸브(52)를 열면, 용융물질 저장조(50)에 저장된 용융물질(20)은 순환 펌프(54)에 의해 성형 공간(D)에 공급된다. 도시되지는 않았지만, 조절밸브(52)를 개폐하는 수단, 용융물질 유로(56)로 용융물질(20)을 출입시키는 수단 및 이를 제어하는 수단을 별도로 둘 수 있다.
용융물질(20)은 액상이므로, 유리(RG, FG)에는 정수압(hydrostatic pressure)이 가해진다. 액상의 용융물질(20)은 정지 상태에서 상대적인 마찰 운동이 없기 때문에, 유리(RG, FG)와 접하는 용융물질(20)은 항상 수직으로 압력이 작용하고, 임의의 점에서의 압력의 크기는 방향에 무관하게 일정하다. 이에 따라, 연화점(Ts)과 일치하거나 약간 높은 온도로 가열된 유리소재(RG)는 상기 정수압에 의해 임의의 형상을 무난하게 성형할 수 있다. 상기 정수압을 활용하면, 유리소재(RG)가 성형될 때, 미세한 주름이 발생하는 것을 차단할 수 있다. 또한, 용융물질(20)은 액상으로 상대적으로 비열(specific heat)이 크므로, 온도를 정밀하게 제어할 수 있고, 전체적으로 균일한 온도를 유지할 수 있다.
선택적으로, 피스톤(66) 및 하부 케이스(62)에는 냉각액을 수용하는 제1 및 제2 냉각조(64a, 64b)를 구비할 수 있다. 제1 및 제2 냉각조(64a, 64b)는 피스톤(66) 및 하부 케이스(62) 모두에 설치하거나, 둘 중의 어느 하나에 설치된다. 제1 및 제2 냉각조(64a, 64b)는 외부에서 투입된 냉각액이 채워진다. 제1 및 제2 냉각조(64a, 64b)의 온도는 연화점(Ts)보다 낮은 온도를 단계별로 점진적으로 구현한다. 구체적으로, 온도를 조절하는 방법은 제1 성형장치(100)에서의 냉각부(C)에서와 같은 방식으로 진행된다.
유리소재(RG)를 성형하는 데에 있어서, 성형 후에 변형이 일어나지 않은 정도에서, 냉각하는 것이 중요하다. 종래의 유리 성형 방식에서는, 성형 후에 온도를 낮추는 시간이 많이 소요되어, 온도를 강제로 낮추는 방법을 채용하고 있다. 이렇게 되면, 유리소재(RG)의 실질적인 온도를 제어하기는 매우 어렵다. 그런데, 본 발명의 성형 방법은 용융물질(20)이 채워진 상태에서, 성형 후에 제1 및 제2 냉각조(64a, 64b)에 의해 곧바로 냉각하므로, 온도를 낮추는 시간이 상대적으로 짧고, 액상인 용융물질(20)의 온도를 정밀하게 조절할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 의한 냉각 방식은 제1 성형장치(100)에서와 같이, 냉각과정 중에 미세한 주름, 왜곡 및 변형이 발생하는 것을 차단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 액압을 이용한 제5 유리 성형장치(500)를 나타내는 단면도이다. 제5 유리 성형장치(500)는 상부금형 대신에 용융물질 분사부(80)를 제외하고, 제4 유리 성형장치(400)와 동일하다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10에 의하면, 용융물질 분사부(80)는 용융물질(20)이 채워지는 분사부 몸체(81), 분사구(82) 및 용융물질(20)의 순환을 위한 순환 유도부(83)를 포함한다. 분사부 몸체(81)와 피스톤(66) 사이에는 용용금속(20)이 충진되는 영역(84)이 존재된다. 순환 유도부(83)는 강제로 순환시키는 모터일 수 있고, 용융물질(20)의 압력으로 자연스럽게 순환하는 빈 공간일 수 있다. 빈 공간인 경우, 순환 유도부(83)는 별도의 장치가 필요하지 않을 수 있다. 또한, 순환 유도부(83)는 제5 유리 성형장치(500)의 외부와 연결되어, 압력을 조절할 수 있다. 충진 영역(84)에 압력을 가하면, 용융물질(20)은 분사구(82)를 통하여 분출된다. 이때, 분사부(80)를 포함하는 제5 유리 성형장치(500)에서의 성형유리(FG)의 성형은 성형 공간(E)에서 이루어진다.
경우에 따라, 분사부 몸체(81)는 분리 격벽(86)을 두어, 분리 격벽(86) 내측 및 외측에 가해지는 액압을 다르게 조절할 수 있다. 바람직하게는, 분리 격벽(86)을 중심으로 내측은 곡률이 작은 부분, 외측은 곡률이 큰 곡면부를 형성하는 영역으로 구분되는 것이 좋다. 분리 격벽(86) 내측에 설치된 분사구(82)의 개수 및 외측에 설치된 분사구(82)의 개수를 다르게 설정될 수 있다. 분사구(82)의 개수가 많아지면, 유리소재(RG)에 가해지는 액압은 커진다. 분리 격벽(86) 외측은 상기 곡면부의 형상에 따라, 분사구(82)의 길이를 점진적으로 크게 할 수 있다. 이렇게 되면, 최외각의 분사구(82)의 길이는 가장 길고, 안쪽으로 갈수록 길이는 짧아진다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 액압을 이용한 제6 유리 성형장치(600)를 나타내는 단면도이다. 제6 유리 성형장치(600)는 용융물질이 유동하는 방식이 다른 것을 제외하고, 제4 유리 성형장치(400)와 동일하다. 이에 따라, 동일한 참조부호에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 11에 의하면, 제6 유리 성형장치(600)는 용융물질(20)이 상부 케이스(61)와 피스톤(90) 및 하부 케이스(62)와 하부금형(70) 사이의 공간을 채운다. 이를 위해, 피스톤(90)에는 용융물질(20)이 흐르는 제1 유로(92)가 존재하고, 하부금형(70)은 제2 유로(94)가 설치된 안착부(93)에 안착된다. 안착부(93)에는 걸림턱(95)이 있어서, 하부금형(70)이 고정된다. 피스톤(90) 및 안착부(93)는 성형 공간(F)에 채워진 용융물질(20)의 압력에 의해 상하로 자유롭게 이동한다. 즉, 용융물질(20)의 압력이 커지면, 상부금형(72)이 하부금형(70) 쪽으로 이동하여, 유리소재(RG)를 성형하게 된다. 제6 유리 성형장치(600)는 제4 및 제5 유리 성형장치(400, 500)에 비해, 유리소재(RG)를 성형하는 데 있어서, 용융물질(20)의 정수압의 활용이 보다 높아진다.
본 발명의 실시예에 의한 유리 성형장치는 형상에 구애받지 않고 유리를 성형할 수 있으므로, 위의 사례들에서 표현하지 못한 형상도 구현할 수 있다. 예를 들어, 적절한 패턴을 주어 색보정을 위한 유리도 제작할 수 있다. 본 발명의 유리 성형장치들은 정수압을 활용하기 때문에, 홀, 단차, 곡면, 패턴 등의 모양이 복잡하여도, 충분하게 성형할 수 있다. 한편, 종래의 유리 성형 방식에서 홀, 단차, 패턴 등을 형성하기 위해서는, 수치제어가공 등으로 유리를 절삭하기 때문에, 미세한 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 상기 미세한 크랙은 결국은 유리 전체가 깨지게 하는 요인이 된다. 그런데, 본 발명의 성형장치는 수치제어가공이 필요하지 않기 때문에, 미세한 크랙을 원천적으로 차단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 유리 성형장치는 용융물질의 액압을 활용함으로써, 유리 전체에 균일하고 정교하게 온도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 곡면, 단차, 두께 편차, 홀, 패턴 등의 복잡한 형상의 유리에 대한 치수안정성 및 표면 균일성을 구현할 수 있다. 이에 반해, 공기 중에 성형하는 종래의 방식은 온도 조건이 유리의 각 부분에 따라 달라지므로, 상기 치수안전성 및 표면 균일성을 얻을 수 없다. 또한, 본 발명의 유리는 성형과정에서 공기 중에 노출되지 않으므로, 유리의 산화, 얼룩, 이물질 부착 등을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 실시예는 유리의 성형에 대해서 구체적으로 설명하였으나, 경우에 따라, 유리와 유리의 접합, 유리와 금속의 접합 등과 같이 유리의 접합에도 활용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 용융물질이 흐르는 용융유로를 밀봉하고, 피스톤 이외의 방식으로 압력을 가하여 성형유리를 제작할 수도 있다.
100, 200, 300, 400, 500, 600; 제1 내지 제6 유리 성형장치
10, 60; 케이스
11; 투입부 12; 투입도어
14; 배출부 15; 배출도어
16, 17; 격벽
20; 용융물질
21, 72; 상부금형
22, 70; 하부금형
25; 히터 27; 냉각기
30, 32; 통로 33; 용융물질 공급부
50; 용융물질 저장조 52; 조절밸브
54; 순환 펌프 56; 용융물질 유로
61; 상부 케이스 62; 하부 케이스
64a, 64b; 제1 및 제2 냉각조
66, 90; 피스톤
80; 분사부 81; 분사부 몸체
82; 분사구 83; 순환 유도부
84; 충진 영역 92; 제1 유로
93; 안착부 94; 제2 유로
95; 걸림턱
RG; 유리소재 FG; 성형유리
A1~An; 승온부(A) 챔버
BF; 성형부(B) 챔버
C1~Cn; 냉각부(C) 챔버

Claims (37)

  1. 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질이 채워지고,
    상기 용융물질을 가열하여, 상기 유리소재의 연화점을 유지하는 성형온도를 가지며, 상기 유리소재와 상기 용융물질의 비중 차이로 상기 유리소재가 이동하여 밀착되어, 상기 유리소재가 성형되도록 하는 금형을 포함하는 성형부를 구비하고,
    상기 금형은 굴곡진 형태의 성형유리로 성형되는 형상을 한정하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리소재는 평판 유리 또는 유리 곱 형태로 상기 성형장치에 제공되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용융물질은 금속 또는 상기 금속의 합금 또는 금속-비금속 화합물 중의 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 용융물질은 Al, Ag, Ba, Bi, Cd, Ce, Mg, Pb Sb, Sr, Sn, Te 및 Zn 중에서 선택된 적어도 어느 하나, 또는 그들의 혼합물 또는 그들의 합금인 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 용융물질은 AgCl, CaCl2, KNO3, MgCl2 및 ZnCl2 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 그들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 용융물질의 융점은 200℃ 보다 크고 1,000℃ 미만인 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 성형유리는 곡면, 단차, 두께 편차, 홀 및 패턴 중의 적어도 어느 하나의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 성형부의 일측은 상기 용융물질의 온도가 점진적으로 높아지는 복수개의 챔버로 이루어진 승온부를 더 포함하고, 상기 성형부의 타측은 상기 용융물질의 온도가 점진적으로 낮아지는 복수개의 챔버로 이루어진 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수개의 챔버는 복수개의 격벽으로 구분되고, 상기 격벽은 일측은 폐쇄되어 있고, 타측은 개방되어 통로를 제공하고, 상기 통로는 서로 엇갈리게 배치된 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 복수개의 챔버는 복수개의 격벽으로 구분되고, 상기 격벽은 상기 챔버의 상부가 개방되어 통로를 제공하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 승온부 및 상기 성형부를 이루는 챔버에서의 용융물질의 온도는 각각의 챔버에 부착된 히터에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 냉각부를 이루는 챔버에서의 용융물질의 온도는 각각의 챔버에 부착된 냉각기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 승온부, 상기 성형부 및 상기 냉각부를 이루는 챔버에는 상기 용융물질의 온도가 제어된 용융물질 공급부에 의해 각각의 챔버에 공급되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 승온부 및 상기 냉각부는 선형 온도제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 승온부 및 상기 냉각부는 비선형 온도제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  16. 제1항에 있어서,
    케이스에 내부에 위치하며, 상기 유리소재가 성형되는 형상을 한정하는 하부금형; 및
    상기 하부금형의 상부에 위치하며, 상기 케이스의 내벽에 밀착되어 움직이는 피스톤을 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 유리소재가 안착된 상기 하부금형은 성형 공간을 제공하고, 상기 성형 공간은 상기 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 피스톤에는 상기 하부금형과 마주 보며, 상기 유리가 성형되는 형상을 한정하는 상부금형이 부착된 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 피스톤은 상기 용융물질이 유동하는 제1 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 하부금형은 상기 용융물질이 유동하는 제2 유로가 형성되고 상기 하부금형이 안착되는 안착부에 고정되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 피스톤은 상기 용융물질을 분출하는 적어도 하나의 분사구가 설치된 분사부가 부착된 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 분사부는 상기 하부금형을 향하여 설치되고, 내측 및 외측을 구분하는 분리 격벽이 배치된 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 분사구는 상기 분사부의 외각으로 갈수록 길이가 길어지는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  23. 제16항에 있어서, 상기 용융물질은 상기 케이스의 외부로 연통되며, 상기 용용금속의 양을 조절하기 위한 용융물질 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  24. 제16항에 있어서, 상기 용융물질 유로를 흐르는 상기 용용금속은 순환 펌프에 의해 유동되며, 용융물질 저장조에 저장되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  25. 제16항에 있어서, 상기 피스톤의 내부 또는 상기 하부금형에 인접하는 상기 케이스의 내부 중의 적어도 어느 하나에는 냉각액을 수용하는 냉각조가 포함된 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 용융물질이 존재하지 않는 투입부에서 예비 가열되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 유리 성형장치.
  27. 굴곡진 형태의 성형유리로 성형되는 형상을 한정하는 금형을 포함하는 성형부를 준비하는 단계;
    상기 성형부에 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질을 채우는 단계;
    상기 용융물질을 가열하여, 상기 유리소재의 연화점을 유지하는 성형온도를 형성하는 단계; 및
    상기 유리소재와 상기 용융물질의 비중 차이로 이동하는 상기 유리소재를 밀착시켜 상기 유리소재가 성형하여 성형유리를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 성형부의 일측에 위치하는 복수개의 챔버로 이루어진 승온부에 의해 각각의 상기 챔버마다 상기 용융물질의 온도를 점진적으로 높아지는 온도구배를 주는 단계를 더 포함하고, 상기 성형부의 타측에 위치하는 복수개의 챔버로 이루어진 냉각부에 의해 각각의 상기 챔버마다 상기 용융물질의 온도를 점진적으로 낮아지는 온도구배를 주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 성형유리의 제조방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 온도구배는 선형으로 제어되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 온도구배는 비선형으로 제어되는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 유리소재 및 상기 성형유리는 상기 복수개의 챔버마다 형성된 격벽의 일측은 폐쇄되어 있고, 타측은 개방되어 서로 엇갈리게 배치된 통로를 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  32. 제28항에 있어서, 상기 유리소재 및 상기 성형유리는 상기 챔버의 상부가 개방되어 제공된 통로를 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  33. 제27항에 있어서, 상기 용융물질이 존재하지 않는 투입부에서 예비 가열되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  34. 제27항에 있어서,
    상기 굴곡진 형태의 성형유리로 성형되는 형상을 한정하는 하부금형을 준비하는 단계;
    상기 하부금형 및 피스톤에 의해 한정된 성형 공간에 상기 유리소재의 연화점보다 융점이 낮은 용융물질을 채우는 단계;
    상기 피스톤을 이동하여, 상기 하부금형 상에 성형되어질 상기 유리소재를 안착시키는 단계; 및
    상기 용융물질에 의해 가해지는 액압에 의해 상기 하부금형의 형상대로 상기 유리소재를 성형하는 단계를 포함하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 유리소재를 성형하는 단계는 상기 피스톤에 부착된 상부금형 및 상기 하부금형 사이의 액압에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 유리소재를 성형하는 단계는 상기 피스톤에 부착된 분사부에 의한 상기 용융물질의 분출에 의한 액압으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
  37. 제33항에 있어서, 상기 유리소재를 성형하는 단계 이후에, 상기 성형유리를 냉각하는 단계를 더 포함하고, 상기 성형유리를 냉각하는 단계는 상기 피스톤의 내부 또는 상기 하부금형에 인접하는 케이스의 내부 중의 적어도 어느 하나에 수용된 냉각액에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 액압을 이용한 성형장치에 의한 굴곡진 유리의 제조방법.
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