KR20170107078A - 유리 튜브 재형성을 위한 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공 구조물의 형상을 변경하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 종횡비를 정의하는 제1 및 제2 직경을 갖는 단면을 갖는 중공 구조물을 제공하는 단계; 중공 구조물의 적어도 일부를 그 유리 전이 온도 이상으로 가열하여 가단성 중공 구조물을 형성하는 단계; 가압된 중공 구조물을 형성하기 위하여 가단성 중공 구조물의 내부에 양압을 유지하는 단계; 및 가압 중공 구조물의 가열된 부분의 제1 면과 이에 대향하는 제2 면을 가압하여, 대체로 평편한 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면 및 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 갖는 중공 평판 구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

유리 튜브 재형성을 위한 제조 방법

본 출원은 미국 35 U.S.C §119 하에서 2015년 1월 30일에 출원된 가출원번호 제62/109811호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 출원된 문헌의 내용 전체는 본 명세서에 참조로 포함된다.

본 개시는 중공 구조물의 형상을 변경하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 휴대용 스마트폰 또는 기타 소비자 전자제품의 3차원 성형 유리 커버의 제조를 위해 유리 튜브를 재형성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 유리 커버는 선택적으로 슬리브 형상일 수 있다.

본 개시는 다양한 실시예들에서 중공 구조물의 형상을 변경하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 슬리브형 구조물을 제조하는데 유용할 수 있다. 이 방법은 제1 및 제2 직경으로 정의되는 제1 종횡비를 갖는 단면을 보유한 중공 구조물을 제공함으로써 수행된다. 중공 구조물의 적어도 일부를 적어도 그 유리 전이 온도로 가열하여 가단성 중공 구조물을 형성한다. 가단성 중공 구조물의 내부에 양압을 유지하여 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 갖는 가압 중공 구조물을 형성한다. 가압된 중공 구조물의 가열된 부분의 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 가압하여, 대체로 평편한 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면 및 제1 종횡비보다 더 큰 제2 종횡비를 갖는 중공 평판 구조물을 형성한다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 상기 방법은 중공 구조물의 제1 단부를 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 상기 방법은 중공 구조물의 제2 단부 내에 관통 가능한 밀봉부를 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 상기 방법은 중공 구조물의 적어도 일부를 가열하면서 중공 구조물을 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 중공 가단성 구조물 내로 공기를 불어넣음으로써 중공 가단성 구조물 내부에 양압을 유지할 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 중공 가단성 구조물 내부의 양압은 내부 비접촉 공정으로 유지될 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 대체로 평편한 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면의 평탄도는 약 50 마이크로미터 초과로 벗어나지 않는다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 중공의 평판 구조물은 0.2 nm 미만의 표면 거칠기(Ra)를 갖는 내부 표면을 가질 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 상기 방법은 중공 평판 구조물을 회전시키면서 중공 평판 구조물을 냉각시키는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 상기 방법은 상기 중공 평판 구조물의 대체로 평편한 면을 폴리싱하는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 가압은 압반을 포함하는 프레스로 수행된다. 에어 베어링을 압반에 통합하여 중공 평판 구조물을 지지할 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 가단성 중공 구조물은 가압 동안 1 × 10⁷ 내지 1 × 10¹¹ Pa의 점도를 갖는다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 가단성 중공 구조물은 가압 동안 약 600℃ 내지 약 930℃로 유지된다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 압반은 가단성 중공 구조물을 가압하기 전에 예열된다.

본 개시는 또한 다양한 실시예에서, 예를 들어 튜브형 구조물에서 슬리브형 구조물로와 같이 중공 구조물의 형상을 변경하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 중공 구조물의 적어도 일부를 그 유리 전이 온도 이상으로 가열하여 가단성 중공 구조물을 형성하면서 가단성 중공 구조물을 회전시킴으로써 수행된다. 중공 구조물의 가열된 부분의 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 가압하면서 가단성 중공 구조물 내부에 양압을 유지한다. 중공 평판 구조물이 형성된다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 가단성 중공 구조물 내로 공기를 불어넣음으로써 가단성 중공 구조물 내부에 양압을 유지한다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 중공 평판 구조물은 내부 표면 및 외부 표면을 갖는다. 외부 표면은 약 50 마이크로미터 미만의 치수 정확도 편차를 가질 수 있다. 내부 표면의 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면 0.2 nm 미만일 수 있다.

본 개시는 또한 다양한 실시예에서, 중공 평판 구조물을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 작업 홀더, 압반 및 가압기를 포함할 수 있다. 작업 홀더는 가단성 중공 구조물을 고정하도록 구성될 수 있다. 압반은 가단성 중공 구조물에 대해 가압하도록 구성될 수 있다. 가압기는 가단성 중공 구조물이 가압되는 동안 가단성 중공 구조물 내부에 양압을 가할 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 상기 장치는 가단성 중공 구조물을 회전시키도록 구성된 회전기를 더 포함할 수 있다.

선택적으로, 임의의 실시예에서, 상기 장치는 가단성 중공 구조물을 냉각하도록 구성된 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.

추가적인 특징들 및 장점들은 이하의 상세한 설명에서 설명될 것이고, 부분적으로는 그 설명 또는 이후 기재될 상세한 설명, 청구범위 및 첨부된 도면을 포함하여 본 명세서에 설명된 실시예들을 실시함으로써 통상의 기술자가 쉽게 인식될 것이다.

전술한 일반적인 발명의 설명 및 다음의 상세한 설명은 단지 예시적인 것이며, 청구 범위의 본질 및 특성을 이해하기 위한 발명의 요약 또는 기초를 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다. 첨부 도면은 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되었고, 본 명세서에 통합되어 이 명세서의 일부를 구성하고 있다. 도면은 하나 이상의 실시예(들)를 도시하고, 발명의 설명과 함께 다양한 실시예의 원리 및 동작을 설명한다.

도 1a는 한 실시예에 따른 중공 평판 구조물을 제조하기 위해 사용되는 장치의 한 실시예의 단면도이다.
도 1b는 한 실시예에 따른 중공 평판 구조물을 제조하기 위해 사용되는 장치의 한 실시예의 가압 전 단면도이다.
도 1c는 한 실시예에 따른 중공 평판 구조물을 제조하기 위해 사용되는 장치의 한 실시예의 가압 후 단면도이다.
도 1d는 한 실시예에 따른 에어 베어링의 한 실시예의 단면도이다.
도 2는 중공 구조물의 형상을 변경하기 위한 방법의 한 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 중공 구조물의 형상 변경 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 방법의 실시예에 따른 평면의 평탄도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 방법의 실시예에 따라 형성된 유리 슬리브의 투시도이다.
도 6은 본 방법의 실시예에 따라 형성된 또 다른 유리 슬리브의 투시도이다.

본 개시는 이하 상세한 설명, 도면, 실시예 및 청구 범위 및 이전과 후술될 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있다. 그러나 본 조성물, 용품, 장치 및 방법이 개시되고 기술되기 전에, 본 개시는 달리 명시되지 않는 한 기술된 특정 조성물, 제품, 장치 및 방법으로만 한정되지 않고 다양할 수 있다. 또한 본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 양태를 설명하기 위한 것일뿐 제한을 의도한 것은 아님을 이해해야 한다.

본 개시에 대한 다음의 설명은 현재 공지된 실시예에서 실시 가능한 교시로서 제공된다. 이를 위해, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 유익한 결과를 여전히 얻는 동안 본 명세서에 기술된 개시 내용의 다양한 측면에 많은 변화가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 본 개시의 바람직한 장점 중 일부는 다른 특징을 이용하지 않고 본 개시의 특징 중 일부를 선택함으로써 얻어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 통상의 기술자들은 본 발명에 대한 다양한 수정 및 변경이 가능하고 심지어 특정 환경에서는 바람직할 수 있으며 본 개시의 일부임을 인식할 것이다. 따라서, 이하의 설명은 본 개시의 원리의 예시로서 제공되는 것으로서 본 개시를 제한하는 것이 아니다.

본 명세서에는 개시된 방법 및 조성물에 사용될 수 있거나, 그것과 함께 사용될 수 있거나, 그것의 제조에 사용될 수 있거나, 그것의 실시예인 물질, 화합물, 조성물 및 성분이 개시되어 있다. 이들 및 기타 물질이 본 명세서에 개시되어 있고, 이들 물질의 조합, 부분 집합, 상호 작용, 군 등이 개시된 경우 이들 화합물의 다양한 개별 및 집단적 조합 및 순서(permutation)에 대한 특정 참조가 명시적으로 개시되지 않았더라도 각각은 구체적으로 고려되고 설명된 것임을 알아야 한다.

이하, 첨부된 도면에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 특정 도면 부호의 사용은 각각의 도면에서 동일하거나 유사한 구성요소를 지시한다.

전술한 바와 같이, 광범위하게, 본 개시는 컴팩트한(예를 들어, 원형 또는 축대칭형) 단면을 갖는 유리 튜브를 높은 수준의 치수 공차 및 광학 품질을 갖는 비-축대칭(예를 들어, 평편한) 유리 인클로저(enclosure)로 재형성하는 방법을 개시한다. 이 방법은 어떤 모양의 유리에도 적용할 수 있으며 특히 튜브 및 슬리브와 같은 3D 모양의 부품에 유용하다. 기술된 본 제조 방법은 다음과 같은 이점을 제공한다. 제품은 전자 장치 내 다른 구성 요소와의 치밀한 조립을 보장하기 위해 ±100 마이크로미터 미만 및 바람직하게는 ±50 마이크로미터 미만의 평탄도 편차를 갖는 평편한 영역과 같은 높은 수준의 치수 정확성을 갖는다.

높은 수준의 광학 품질은 예를 들어 선명도의 결여 또는 파편의 존재와 같은 눈에 띄는 광학적 결함이 없는 디스플레이 기능적 특성뿐만 아니라 그러한 대상물에 요구되는 미적 특성을 보장하기 위해 생성될 수 있다. 슬리브의 다른 바람직한 특징은 높은 수준의 기계적 성능(파괴 방지용) 및 스크래치에 대한 내성이다. 이러한 기준을 충족시키려면 예를 들어 Gorilla® 유리 조성물이 특히 적합할 수 있다. (Gorilla®는 미국 뉴욕주 코닝에 소재하는 코닝 인코포레이티드의 상표명이며, 유리, 예를 들어 스마트폰 또는 태블릿과 같은 전자 장치의 커버 유리 또는 유리 터치스크린 디스플레이에 사용된다. 임의의 실시예에서, 상기 공정은 높은 처리량 및 합리적으로 낮은 비용으로 많은 수의 부품을 생산할 수 있게 한다.

본 발명에 사용된 바와 같이, "슬리브"라는 용어는 비 원형 단면 및 1 초과의 종횡비를 갖는 3차원 관형 유리 제품을 기술한다. 종횡비란 튜브 또는 슬리브의 단면에서 가장 긴 직경과 가장 짧은 직경의 비율이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 원형 또는 축 대칭 튜브의 종횡비는 정의상 최소값 1을 갖는다(112 및 114와 같이 모든 직경이 동일한 경우). 종횡비는 평편한 슬리브(가장 긴 직경(114)이 최단 직경(112)보다 길어서 직경(114)과 직경(112)의 비가 1보다 큼)에 대해 1보다 큰 값을 갖는다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 종횡비는 약 1.5 내지 약 50, 선택적으로 약 3 내지 약 39, 선택적으로 약 5 내지 약 25, 선택적으로 약 5 내지 약 15, 선택적으로 약 7 내지 약 11, 선택적으로 약 18 내지 약 28이 고려된다. 일반적으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 슬리브는 다소 타원형이며, 엣지들(510, 520)은 둥근 모양이거나(도 5) 다소 사각형(도 6)이다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 슬리브는 적어도 하나의 면, 선택적으로 서로 대향하는 대체로 평편한 면(530, 540), 선택적으로 광학적으로 거의 평편하거나 또는 광학적으로 평편한 한쪽 또는 양쪽 측면(550, 560)을 가질 것이다(도 6). 선택적으로 유리 슬리브 또는 중공 평판 구조물(500)은 길이(570), 내부 개구(580) 및 유리 두께(590)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 유리 슬리브(500)는 광학적으로 평편하거나 또는 그에 근접하는 적어도 하나의 평편해진 부분(530 또는 540)을 가진다. 선택적으로 유리 슬리브(500)는 측면(550, 560)을 가질 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어인 "광학적으로 거의 평편하거나 또는 광학적으로 평편한"은 한면 또는 양면에서 매우 평편하게, 통상 수백만분 일인치(약 25 나노미터) 이내로 랩핑(lapping)되고 폴리싱된 광학 등급의 유리 조각을 기술한다.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "유리 전이 온도"는 비정질 고체가 경질 및/또는 취성 상태에서 용융된 또는 고무 같은 상태로 변하는 온도를 기술한다. 본 개시에서“가단성”유리 또는 다른 재료란 그의 유리 전이 온도보다 더 높은 온도에 있고, 예를 들어 가압, 블로잉, 스트레칭 또는 굽힘에 의한 조작에 의해 영구적으로 변형될 수 있는 재료로 정의된다.

본 명세서의 실시예의 대부분은 특히 슬리브 유리 외장에 적용하는 경우에 사용되지만, 상기 방법은 예를 들어 튜브를 절반으로 절단하거나 광학적으로 평편한 부분을 절단하여 3D 모양의 커버 유리, 터치 스크린 또는 다른 부분을 제공하는 단계와 함께 보다 광범위하게 적용될 수 있다고 생각된다.

원형이 아닌 형상의 튜브에 대하여 압출과 같은 기존의 제조 공정은 수년 동안 개발되어 왔지만, 얻어지는 광학 품질은 일반적으로 충분하지 못했다. 본 개시에 기재된 방법은 튜브의 점진적 변형에 기초한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 임의의 실시예에서, 중공 평판 구조물(500)을 제조하기 위한 장치(100)(예를 들어, 도 5 및 도 6)는 작업 홀더(110), 압반(120) 및 가압기(130)를 포함할 수 있다. 작업 홀더(110)는 가단성 중공 구조물(150)을 고정하도록 구성될 수 있다. 가단성 중공 구조물(150)은 예를 들어 유리 재료, 유리-세라믹 또는 폴리머로 제조될 수 있다. 폴리머는 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리우레탄일 수 있다. 유리 재료는 전형적으로 유리일 수 있다. 또한 유리 재료는 유리-세라믹일 수 있으나, 성형 조건하에서 핵 생성 또는 결정화를 피할 수 있는 유리-세라믹만이 일반적으로 적합할 것이다. 유리-세라믹의 가능한 예로는 Eurokera로부터 KERALITE®로 입수 가능한 투명한 베타 스포듀멘이 있다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 유리의 선택은 훨씬 더 넓으며, 프로파일링된 예를 들어, 평편해진 튜브 또는 프로파일링된 튜브로부터 제조되는 슬리브의 원하는 특성에 기초할 것이다. 유리는 일반적으로 인성 및 손상 저항성이 중요한 응용 분야에서 요구되는 이온 교환성 유리일 수 있다. 이온 교환성 유리의 예는 알칼리-알루미노실리케이트 유리 또는 알칼리-알루미노보로실리케이트 유리이다. 선택적으로 임의의 실시예에서, 유리는 높은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 작업 홀더(110)는 가단성 중공 구조물(150)의 일단부를 꽉 무는 클램프일 수 있다. 작업 홀더(110)는 예를 들어 고정 링 또는 베어링 표면과 같은 임의의 고정 수단을 포함할 수 있다.

압반(120)은 최종 제품의 형상에 따라 평편하거나 곡선과 같은 임의의 종류의 형상일 수 있다. 압반(120)은 선택적으로, 임의의 실시예에서, 대칭일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 압반(120)은 대칭이 아닐 수도 있다. 압반(120)은 스테인리스 강, 니켈 또는 다른 금속 합금, 흑연, 세라믹 재료, 실리콘 카바이드(SiC) 또는 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 다양한 재료로 제조될 수 있다. 최종 제품의 표면 광학 품질의 저하를 최소화하기 위해 압반의 표면을 폴리싱할 수 있다. 장치(100)에 이용 가능한 압반의 수는 2, 4, 6과 같은 짝수일 수 있다. 대안적으로, 최종 의도된 제품의 형상에 따라서는 장치(100)에 이용 가능한 압반의 수가 1, 3, 5, 7과 같은 홀수일 수도 있다. 필수는 아니지만, 압반은 일반적으로 압반들(120, 122)과 같이 마주보는 쌍으로 배열된다(도 1a, 도 1b 또는 도 1c).

장치(100)는 도 1d에 도시된 바와 같이, 가단성 중공 구조물(150)과 압반(120,122) 사이의 접촉을 제한하거나 또는 선택적으로 제거하기 위하여 압반(120), 선택적으로 각각의 압반(120 또는 122)의 표면에 장착될 수 있는 하나 이상의 에어 베어링(180, 190)을 더 포함할 수 있다. 에어 베어링(180, 190)은 흑연, 제올라이트, 분자체, 나노카본 섬유, 나노카본 튜브 및 플러린과 같은 나노물질의 다공성 물질로 제조될 수 있다.

가압기(130)는 공기 가압 장치와 같은 임의의 가압 장치일 수 있다. 상기 가압기(130)는 가단성 중공 구조물(150)의 일단부에서 관통 밀봉부(170) 내로 밀어 넣을 수 있도록 날카로운 단부를 가질 수 있다. 가압기(130)의 날카로운 단부는 가단성 중공 구조물(150)의 내부 표면과 접촉하지 않고, 따라서 가단성 중공 구조물(150)의 내부 표면 특히 엣지 부근에 스크래치, 눌림 또는 흠 자국과 같은 어떠한 접촉 자국도 없다. 가단성 중공 구조물(150)은 또 하나의 밀봉된 단부(160)를 가질 수 있는데, 이것은 예를 들어 마개를 끼우거나 또는 가단성 중공 구조물(150)의 한쪽 단부(160)를 집어서(pinching off) 밀봉된다.

장치(100)는 회전기(140)를 더 포함할 수 있다. 회전기(140)는 가단성 중공 구조물(150)을 회전시키도록 구성될 수 있다. 성형 작업 중에 가단성 중공 구조물의 회전은 잘 알려져 있으며 구조물의 균일한 가열을 허용하고 특히 튜브를 성형 중에 수평으로 연신할 경우 튜브의 한 위치에 중력이 장시간 적용된 결과로 구조물이 쳐지는 것을 방지하는데 유용하다. 회전기(140)는 회전 조인트 상에 장착될 수 있다. 상기 장치(100)는 냉각 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 냉각 장치는 가단성 중공 구조물(150)을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 냉각 장치는 독립된 장치이거나 또는 장치(100)에 부착될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 중공 구조물의 형상을 변경하기 위한 방법(200)은 제1 종횡비를 정의하는 제1 및 제2 직경을 갖는 단면을 갖는 중공 구조물을 제공하는 단계(단계 210); 중공 구조물의 적어도 일부를 적어도 그 유리 전이 온도로 가열하여 가단성 중공 구조물을 형성하는 단계(단계 220); 가단성 중공 구조물 내부에 양압을 유지하여 가압 중공 구조물을 형성하는 단계(단계 230); 및 가압 중공 구조물의 가열된 부분의 제1 면과 이에 대향되는 제2 면을 가압하여, 대체로 평편한 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면 및 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 갖는 중공 평판 구조물을 형성하는 단계(단계 240)를 포함할 수 있다.

중공 구조물은 유리 튜브일 수 있다. 튜브는 원형 또는 비-원형 관형 구조물일 수 있다. 중공 구조물의 단면에서 제2 직경에 대한 제1 직경의 비율로서 정의될 수 있는 제1 종횡비를 가질 수 있다. 선택적으로 임의의 실시예에서, 종횡비는 부품의 길이에 따라 변할 수 있다.

상기 방법은 통상적인 튜브 공정을 사용하여 제조된 요구되는 유리 조성의 유리 튜브와 같은 중공 구조물을 제공함으로써 시작될 수 있다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 유리 튜브는 약 1500 ㎜와 같은 표준 길이로 절단될 수 있다. 대안적으로, 유리 튜브는 임의의 길이로 절단할 수 있다. 튜브의 벽 두께는 일반적으로 얻어질 부품의 둘레와 같거나 약간 더 두껍게 선택될 수 있다. 상기 방법(200)은 중공 회전기와 같은 회전기를 사용하여 중공 구조물의 적어도 한쪽을 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 중공 구조물은 장치(100)에 대하여 수직 또는 수평 방향으로 고정될 수 있다.

상기 방법(200)은 중공 구조물의 제1 단부를 기밀하게(hermetically) 밀봉하고, 마개와 같은 관통 가능한 밀봉부를 중공 구조물의 제2 단부에 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 중공 구조물의 제1 단부의 밀봉은 유리와 같은 중공 구조물의 끝을 가열하여 자체적으로 폐쇄되도록 함으로써 수행될 수 있다. 상기 방법(200)은 중공 구조물의 적어도 일부를 가열하면서 중공 구조물을 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 중공 구조물은 그 축을 중심으로 회전될 수 있다. 다른 실시예에서, 중공 구조물이 수직 연장 튜브인 경우 중공 구조물은 회전을 필요로 하지 않을 수도 있다.

중공 구조물의 적어도 일부는 연성(malleability)을 얻기 위해 유리 전이 온도 이상으로 가열되고 유지될 수 있다. 하나의 실시예에서, 가열은 전기 히터로 수행 될 수 있다. 다른 실시예에서, 가열은 예를 들어 전기 버너 또는 가스 버너 중 하나의 버너를 사용하여 수행될 수 있다. 적합한 조성 및 유리 전이 온도를 갖는 유리의 경우, 가단성 중공 구조물은 예컨대 가압 동안 약 600℃ 내지 약 930℃로 유지될 수 있다. 온도는 사용되는 유리의 종류에 따라 달라질 수 있다. 소다 석회 유리의 경우, 온도는 예를 들어 약 600℃ 내지 약 750℃일 수 있다. 231 8 유리 조성물의 경우, 온도는 예를 들어 약 680℃ 내지 약 880℃일 수 있다. 다양한 유형의 유리가 다양한 성형 작업에 필요한 정도로 가단성이 되는 상기 범위 안 또는 밖의 온도는 해당 기술 분야에 잘 알려졌거나 통상의 기술자에 의해 주어진 조건에서 쉽게 결정될 수 있다.

상기 방법(200)은 가단성 중공 구조물을 프레스(118)의 한 쌍의 압반(120, 122) 사이에 가두어 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다(도 1b). 선택적으로, 임의의 실시예에서, 상기 방법(200)은 도 1d에 개략적으로 도시된 바와 같이 압반(120, 122)에 각각 통합된 에어 베어링(180, 190)을 이용하여 중공 평판 구조물을 지지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또 다른 옵션으로, 2개의 대향하는 플레넘(182)이 모두 에어 베어링을 구비할 수 있다. 간략하게, 에어 베어링은 플레넘(182) 또는 다공성 압반판 또는 구조 틈부(184)를 통해 압축 공기 또는 다른 가스를 제공하는 다양한 가스 압력원을 가지며, 압반(120, 122)과 가단성 중공 구조물(150) 사이의 공기 또는 다른 가스 쿠션을 제공한다. 가스 압력은 플레넘(182)과 가단성 중공 구조물(150) 사이의 접촉 압력을 감소시키거나 선택적으로, 임의의 실시예에서는 제거하도록 조절될 수 있다. 하나 이상의 에어 베어링을 사용함으로써 가압 동안 가단성 중공 구조물의 가압된 표면의 훼손을 감소시키거나 제거할 수 있다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 압반은 예열될 수 있다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 압반만이 일반적으로 평편한 면을 갖는다.

가단성 중공 구조물 내부에 양압을 유지하기 위하여 가단성 중공 구조물에 공기를 불어 넣을 수 있다. 가단성 중공 구조물의 내부의 압력은 약 20 mbar 내지 약 1 bar일 수 있다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 가단성 중공 구조물이 약 1×10⁷ 내지 약 1×10¹¹ 파스칼의 점도를 갖는 동안 가열된 가단성 중공 구조물을 압축할 수 있다. 가단성 중공 구조물의 내부 압력은 가단성 중공 구조물의 점도, 가압 속도 및 공정 동안 사용되는 변형 수준에 따라 조정될 수 있다. 가압된 중공 구조물의 가열된 부분의 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면에 대해 가압된 후, 중공 평판 구조물이 형성된다.

가단성 중공 구조물의 내부 압력은 가압 후에 해제될 수 있다. 상기 방법은 중공 평판 구조물을 냉각시키는 단계 및/또는 중공 평판 구조물을 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 어떤 경우에는, 구조물이 냉각될 때까지(또는 가열이 감소되거나 정지될 때까지, 이 역시 본 개시에서 사용되는 "냉각"의 범위 내에 있음) 가압된 중공 구조물 내에서 일정 수준의 상승된 압력을 유지하여 압력이 감소할 때 구조물의 모양이 유지되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

중공 평판 구조물은 대체로 평편한 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 가질 수 있다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 대체로 평편한 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면들의 평탄도는 예를 들어 약 50 마이크로미터 초과로 벗어나지 않는다. 중공 평판 구조물은 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 가질 수 있다. 중공 평판 구조물의 대체로 평편한 면은 예를 들어 폴리싱 재료 또는 실리콘 오일의 슬러리를 통해 추가로 폴리싱될 수 있다.

상기 방법(200)은 초기 튜브로부터 중공 평판 구조물을 분리하고, 튜브의 나머지 부분은 추가 처리를 위해 남겨두는 단계를 더 포함할 수 있다. 잔여 튜브의 길이에 따라, 공정은 단계 210으로부터 다시 시작될 수 있다.

다른 실시예에서, 중공 구조물의 형상을 변형시키는 방법(300)은 중공 구조물의 적어도 일부분을 그 유리 전이 온도 이상으로 가열하여 가단성 중공 구조물을 형성하면서 가단성 중공 구조물을 회전시키는 단계(단계 310); 중공 구조물의 가열된 부분의 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 가압하면서 가단성 중공 구조물의 내부에 양압을 유지하는 단계(단계 320); 및 중공 평판 구조물을 형성하는 단계(단계 330)를 포함한다.

선택적으로, 방법(300)의 임의의 실시예에서, 양압은 내부 비접촉 공정으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 양압은 가단성 중공 구조물 내로 공기를 불어 넣음으로써 가단성 중공 구조물 내부에서 유지될 수 있다. 중공 평판 구조물은 내부 표면과 외부 표면을 갖는다. 외부 표면은 약 50 마이크로미터 미만의 치수 정확도 편차를 가질 수 있다(도 4). 내부 표면의 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면 0.2 nm 미만일 수 있다. 상기 방법을 사용하여 제조된 중공 평판 구조물을 연속적으로 제작된 몇몇 부품에 대하여 시험하고 측정하였으며, 이는 도 4에 도시된 바와 같이 매우 양호한 평탄도(< 100 ㎛)를 나타냈다. 다른 실시예에서, 중공 평판 구조물은 비-완전 평면(non-fully flat) 구조를 가질 수 있다. 비-완전 평면 구조는 예를 들어 곡면을 포함할 수 있다.

다수의 실험에 의하면 가압 후의 유리관 형상은 최종 부품의 종횡비와 튜브 내부의 내압에 의존한다.

중공 구조물의 형상을 변경하는 방법은 정밀한 엣지 절단 및 최종 부품 길이로의 마무리를 포함할 수 있다. 상기 방법은 제품에 따라 외부 표면의 폴리싱, 이온 교환 및 장식을 더 포함할 수 있다.

다수의 개별 부품에 상응하는 튜브 섹션 길이로 재형성하는 것이 또한 가능할 수 있다. 이러한 경우, 튜브를 재형성 및 냉각한 후에, 예를 들어 전통적인 절단 기술에 의해 개개의 부품을 서로 분리할 것이다.

또 다른 실시예에서, 상기 방법은 각 단계에서 선택적으로 상이한 몰드 재질, 유리 점도 및 내부 압력 수준을 갖는, 몇 개의 연속적인 튜브 가열/튜브 압축 공정으로서 수행될 수 있다.

상기 방법의 실시예는 내부 튜브 표면을 손상시키지 않으면서 매우 엄격한 치수 규격에 도달하는 것을 도울 수 있다. 상기 방법의 실시예는 최종 형상에 매우 근접한 물품(거의 최종 형상)의 초기 생산을 돕고, 표면 마무리의 필요성을 감소시킬 수 있다. 가공이나 연삭과 같은 전통적인 마무리 과정을 줄이면 일부 산업분야에서는 생산 비용의 2/3 이상을 감소시킬 수 있다. 상기 방법의 실시예는 또한 높은 처리량을 가능하게 할 수 있다. 재형성 단계는 5초 미만에 실행 가능하다는 것이 입증될 수 있다. 전체 프로세스는 일련의 연속 단계로 구성될 수 있으며, 이 때 처리량의 병목(bottleneck)은 압축 시간이다. 따라서 전체적으로 그러한 프로세스의 처리량은 5초 미만일 수 있다.

본 개시의 실시예는 또한 저렴한 제품 제조를 유도할 수 있다. 유리 재형성 공정의 주된 비용 결정 요인은 대개 처리량과 필요한 압반의 수이다.

본 개시의 실시예는 그 길이를 따라 일정하지 않은 단면을 갖는 부품을 얻기 위해 압반 형상을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 길이에 따라 일정하지 않은 둘레를 가지는 부품을 얻을 수도 있다. 선택적으로, 임의의 실시예에서, 내부 가압을 이용하여 초기 튜브를 블로잉(및 스트레칭)함으로써 필요한 부품을 얻을 수 있다.

본 명세서에 개시된 방법 및 장치는 상이한 기하학적 구조를 갖는 다양한 구조물에 다양한 형상, 크기 및 방향의 선택적으로 코팅된 및 코팅되지 않은 부분을 형성하기 위해 적용될 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

본 명세서 및 첨부된 도면에서는 다음의 도면부호가 사용된다.

Claims (20)

1. 제1 종횡비를 정의하는 제1 및 제2 직경을 갖는 단면을 갖는 중공 구조물을 제공하는 단계;
   중공 구조물의 적어도 일부를 그 유리 전이 온도 이상으로 가열하여, 가단성(malleable) 중공 구조물을 형성하는 단계;
   가단성 중공 구조물 내부에 양압을 유지하여, 가압된 중공 구조물을 형성하는 단계; 및
   가압된 중공 구조물의 가열된 부분의 제1 면과 이에 대향하는 제2 면을 가압하여, 대체로 평편한 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면 및 상기 제1 종횡비보다 큰 제2 종횡비를 갖는 중공 평판 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
2. 제1항에 있어서,
   중공 구조물의 제1 단부를 밀봉하는 단계를 더 포함하는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
3. 제1항에 있어서,
   중공 구조물의 제2 단부 내에 관통 가능한 밀봉부를 배치하는 단계를 더 포함하는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
4. 제1항에 있어서,
   중공 구조물의 적어도 일부를 가열하면서 중공 구조물을 회전시키는 단계를 더 포함하는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
5. 제1항에 있어서,
   중공 가단성 구조물 내부의 양압은 중공 가단성 구조물 내로 공기를 불어넣음으로써 유지되는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
6. 제1항에 있어서,
   대체로 평편한 제1 및 이에 대향하는 제2 면의 평탄도는 약 50 마이크로미터 초과로 벗어나지 않는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
7. 제1항에 있어서,
   중공 가단성 구조물 내부의 양압은 내부 접촉이 없는 공정으로 유지되는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
8. 제1항에 있어서,
   중공 평판 구조물은 내부 표면을 가지며, 상기 내부 표면의 표면 거칠기(Ra)는 0.2 nm 미만인 중공 구조물의 형상 변경 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 가압은 압반을 포함하는 프레스로 수행되고, 상기 압반에 통합된 에어 베어링으로 중공 평판 구조물을 지지하는 단계를 더 포함하는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
10. 제1항에 있어서,
    가열은 전기 히터 또는 버너를 사용하는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 가단성 중공 구조물은 가압 동안 약 1 × 10⁷ 파스칼 내지 약 1 × 10¹¹ 파스칼의 점도를 갖는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 가단성 중공 구조물은 가압 동안 약 600℃ 내지 약 930℃로 유지되는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
13. 제9항에 있어서,
    상기 압반은 상기 가단성 중공 구조물에 대해 가압하기 전에 예열되는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
14. 가단성 중공 구조물을 고정하도록 구성된 작업 홀더;
    상기 가단성 중공 구조물을 가압하도록 구성된 압반;
    상기 가단성 중공 구조물가 가압되는 동안 상기 가단성 중공 구조물의 내부에 양압을 가하는 가압기를 포함하는 중공 평판 구조물 제조 장치.
15. 제14항에 있어서,
    가단성 중공 구조물을 회전시키기 위한 회전기를 더 포함하는 중공 평판 구조물 제조 장치.
16. 제14항에 있어서,
    가단성 중공 구조물을 냉각시키기 위한 냉각 장치를 더 포함하는 중공 평판 구조물 제조 장치.
17. 중공 구조물의 적어도 일부분을 그 유리 전이 온도 이상으로 가열하여, 가단성 중공 구조물을 형성하면서 가단성 중공 구조물을 회전시키는 단계;
    상기 가단성 중공 구조물의 내부에 양압을 유지하면서, 상기 중공 구조물의 가열된 부분의 제1 면 및 이에 대향하는 제2 면을 가압하는 단계; 및
    중공 평판 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 가단성 중공 구조물 내로 공기를 불어넣음으로써 가단성 중공 구조물의 내부에 양압을 유지시키는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
19. 제17항에 있어서,
    상기 중공 평판 구조물은 내부 표면 및 외부 표면을 가지고, 상기 외부 표면은 약 50 마이크로미터 미만의 치수 정확도 편차를 가지며, 상기 내부 표면은 0.2 nm 미만의 표면 거칠기(Ra)를 갖는 중공 구조물의 형상 변경 방법.
20. 제17항에 있어서,
    상기 중공 평판 구조물은 비-완전 평면(non-fully flat) 구조를 가지며, 상기 비-완전 평면 구조는 만곡된 표면을 포함하는 중공 구조물의 형상 변경 방법.

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