KR20180018721A - 휨을 열적으로 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에 개시된 실시예들은 가열 디바이스에 성형 몰드를 위치시키는 것, 유리 재료를 성형 몰드로 형성하는 것, 및 유리 재료의 미리 결정된 점성으로 유리 재료 및 성형 몰드를 냉각시키는 것을 포함하는 재료 휨 제어 시스템 및 방법을 포함한다. 일부 실시예들은 유리 재료 및 성형 몰드가 가열 디바이스로부터 제거되기 이전의 미리 결정된 시간 동안, 가열 디바이스에서 몰드에 유리를 유지하는 것을 포함하고, 가열 디바이스 온도는 주변 온도로 빠져나가기 직전 몰드 및 유리 온도와 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들은 주변 온도로 유리 재료 및 성형 몰드를 더 냉각시키기 위해, 가열 디바이스로부터 유리 재료 및 성형 몰드를 제거하는 것을 포함하고, 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거된 이후에, 유리 재료는 제어된 또는 원하는 재료 휨을 나타낼 것이다.

Description

휨을 열적으로 제어하는 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 35 U.S.C.§ 119 하에 2015년 6월 16일 자로 출원된 미국 가출원 제62/180173호의 우선권 주장 출원이며, 그 가출원 내용은 본 명세서에 참고로 병합된다.
본 개시 내용은 일반적으로 휨 (warp)을 열적으로 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 휨이 제어되도록 3 차원 유리 재료를 형성하는 실시예들에 관한 것이다.
핸드-헬드 디스플레이 디바이스용 3 차원 (또는 비-평면) 유리 커버들에 대한 고객의 관심이 증가하고 있다. 구체적으로, 이들 디바이스들 중 다수는 이제 디스플레이 디바이스의 하나 초과의 표면을 덮기 위해 90도 (또는 다른 각도) 굽힘을 포함한 3 차원 유리 재료를 포함한다. 그러한 바와 같이, 이들 굽힘은 일반적으로 매우 작은 굽힘 반경을 가진다. 이들 3 차원 유리 커버들에 대한 요구로, 유리 재료를 원하는 형상으로 형성하는 것은 유리 커버의 편평도 및 형상에 허용된 작은 허용 오차로 인해 어려울 수 있다.
많은 현재의 형성 용액에서, 유리 재료는 유리 재료가 보다 짧은 시간 내에 성형 몰드에 맞춰질 수 있도록 제어된 환경에서 저 점성으로 가열된다. 유리에 통상적으로 존재하는 온도 구배는 실온으로 냉각될 시에 바람직하지 못한 휨을 만들어낸다. 게다가, 성형 몰드는 유리 재료의 공정 동안에 열적 사이클들로 인해 휘어질 수 있으며, 이는 바람직하지 않은 유리 재료의 휨을 더 증가시킬 수 있다. 추가적으로, 유리 재료의 이온 교환 강화와 같은 유리 재료의 후속 공정은 유리 재료의 바람직하지 않은 변형을 더 야기할 수 있다. 이로써, 기술에 대한 필요성이 존재한다.
본 명세서에 개시된 실시예들은, 가열 디바이스에 성형 몰드를 위치시키는 단계, 상기 성형 몰드의 형상으로 유리 재료를 형성하는 단계, 및 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 상기 유리 재료의 미리 결정된 점성으로 냉각시키는 단계를 포함하는, 재료 휨을 제어하는 방법을 제공한다. 일부 실시예들은, 가열 디바이스로부터 유리 재료 및 성형 몰드를 제거하기 이전의 미리 결정된 시간 동안, 가열 디바이스에서 유리를 몰드에 유지시키는 단계를 포함하며, 이 경우에 가열 디바이스 온도는 가열 디바이스가 주변 온도로 빠져나가기 직전에 몰드 및 유리 온도와 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들은 주변 온도로 유리 재료 및 성형 몰드를 더 냉각시키기 위해, 가열 디바이스로부터 유리 재료 및 성형 몰드를 제거하는 단계를 포함하고, 이 경우에 유리 재료 및 성형 몰드가 가열 디바이스로부터 제거된 이후에, 유리 재료는 원하는 재료 휨을 나타낼 것이다.
본 명세서에 개시된 또 다른 방법의 실시예들은 유리 재료를 성형 몰드의 형상으로 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우에 성형 몰드 및 유리 재료는 가열 디바이스에 위치되고, 성형 몰드는 중심 섹션 및 에지를 포함하며, 그리고 유리 재료 및 성형 몰드는 에지와 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차를 생성하기 위해 가열된다. 일부 실시예들은 유리 재료 및 성형 몰드를 유리 재료의 미리 결정된 점성으로 냉각시키는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우에 에지와 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차는 유지된다. 일부 실시예들은 가열 디바이스로부터 유리 재료 및 성형 몰드를 제거하기 이전의 미리 결정된 시간 동안, 성형 몰드의 온도가 가열 디바이스의 온도와 실질적으로 동일하도록 유리 재료 및 성형 몰드를 더 냉각시키는 단계를 포함한다. 유사하게, 일부 실시예들은 주변 온도로 유리 재료 및 성형 몰드를 더 냉각시키기 위해, 가열 디바이스로부터 유리 재료 및 성형 몰드를 제거하는 단계를 포함하고, 유리 재료 및 성형 몰드가 가열 디바이스로부터 제거된 이후에, 유리 재료는 원하는 재료 휨을 나타낼 것이다.
본 명세서에 개시된 시스템의 실시예들은 가열 요소 및 냉각 요소를 포함하는 가열 디바이스, 나아가 미리 결정된 3 차원 구성으로 몰딩을 하기 위해 유리 재료를 수용하는 성형 몰드를 포함한다. 성형 몰드는 중앙 섹션 및 에지를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 유리 재료를 미리 결정된 구성으로 형성하기 위해 가열 요소를 통해 유리 재료 및 성형 몰드를 가열하도록 구성될 수 있고, 그 결과 에지와 중심 섹션 사이에는 미리 결정된 온도차가 존재한다. 시스템은 유리 재료의 미리 결정된 점성으로 유리 재료 및 성형 몰드를, 냉각 요소를 통해 더 냉각시킬 수 있으며, 에지와 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차는 유지된다. 일부 실시예들은 미리 결정된 시간 동안 성형 몰드의 온도가 가열 디바이스의 온도와 실질적으로 동일하도록, 유리 재료 및 성형 몰드가 가열 디바이스로부터 제거되기 이전에 미리 결정된 시간 동안 유리 재료 및 성형 몰드를 냉각 요소로 더 냉각시키며, 그리고 주변 온도로 유리 재료 및 성형 몰드를 더 냉각시키기 위해, 가열 디바이스로부터 유리 재료 및 성형 몰드를 제거할 수 있고, 유리 재료 및 성형 몰드가 가열 디바이스로부터 제거된 이후에, 유리 재료는 원하는 재료 휨을 나타낼 것이다.
추가의 특징들 및 이점들은 이하의 상세한 설명에서 기술될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 통상의 기술자에게 손쉽게 명백해질 것이고, 이하의 상세한 설명, 청구 범위, 나아가 첨부 도면 등을 포함하여 본 명세서에 기술된 실시예들을 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 다는 다양한 실시예들을 설명하고 청구된 주제의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다. 첨부된 도면들은 다양한 실시예들의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 그리고 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들을 예시하며, 그리고 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른, 접시 구성 및 슬레드 (sled) 구성을 각각 갖는 유리 재료의 실시예들을 도시하고;
도 2a 내지 2c는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른, 형성 공정 중에 유리 재료가 겪을 수 있는 휨의 실시예들을 도시하고;
도 3은 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른, 성형 몰드 및 유리 재료를 갖는 가열 디바이스를 도시하고;
도 4는 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른, 유리 재료의 휨을 열적으로 제어하는 공정을 도시하며; 그리고
도 5는 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른, 유리 재료의 휨을 열적으로 제어하는 또 다른 공정을 도시한다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 3 차원 유리 재료의 휨을 열적으로 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서에 기술된 실시예들은 성형 몰드 및 유리 재료가 가열 디바이스에서 빠져나올 시에, 유리의 비-몰드 측면이 실온 공기에 노출됨으로써 유리 재료에 큰 온도 구배가 전개되도록 구성된다. 이러한 온도 구배는, 유리 재료가 성형 몰드로부터 분리되어 실온에서 원하는 형상과는 서로 다른 형상을 얻는 구동력을 제공할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 냉각 단계들 동안 가열 디바이스의 온도는 보다 빠른 냉각 및 결과적으로 보다 짧은 사이클들을 허용하기 위해, 성형 몰드의 온도보다 낮다. 가열 디바이스가 냉각 중에 성형 몰드보다 차가운 그러한 실시예들은 바람직하지 않은 휨을 촉진시키는 온도 구배를 제공할 수 있다. 이에 따라서, (보다 빠른 냉각 및 보다 짧은 사이클을 가지기 위해) 유리 재료가 가열 디바이스에서 주변 온도 환경으로 빠져나가면서 냉각 초기에 바람직하지 않은 온도 구배를 허용하려 할 시에, 휨은 온도 구배 상에 집중됨으로써 관리될 수 있다. 최종 제품에 대한 형상 허용 오차를 충족시키기 위해, 본 명세서에 기술된 실시예들은 유리 재료가 이온 교환 공정들을 거칠 시에 유리 재료에 포지티브 (positive) 휨을 부여하거나, 또는 유리 재료가 이온 교환 공정들을 거치지 않을 시에 바람직하지 않은 휨을 감소시키도록 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 바람직하지 않은 휨은 임의의 양의 네거티브 (negative) 휨 또는 미리 결정된 양의 네거티브 휨 초과를 포함할 수 있다. 네거티브 휨은 오목 성형 몰드 (예컨대, 유리 재료가 성형 몰드의 내부 또는 오목 측면 상에 형성되는 경우) 상에 형성된 유리 재료의 휨을 지칭할 수 있으며, 그리고 휨도 또한 오목한 방향이다. 유사하게, 일부 실시예들은 볼록 성형 몰드 (예컨대, 유리 재료가 성형 몰드의 외부 또는 볼록 측면 상에 형성되는 경우)를 이용할 수 있다. 볼록 성형 몰드를 이용하는 실시예들에서, 바람직하지 않은 휨은 포지티브 방향 또는 볼록 방향일 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예들이 오목 몰드를 이용하고, 이로써 바람직하지 않은 휨이 네거티브 휨일 수 있으며, 바람직한 휨이 비-네거티브 또는 포지티브 휨일 수 있지만, 이들은 단지 예시일뿐이다.
이제 도면을 참조하면, 도 1a 및 도 1b는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른, 접시 구성 (100a) 및 슬레드 구성 (100b)을 갖는 유리 재료 (100)의 실시예들을 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 접시 구성 (100a)은 3 차원 속성들을 수용하기 위해 굽혀진 4 개의 모든 주변부들을 갖는 평평한 또는 거의 평평한 중심 영역을 포함한다. 도 1b에서, 3 차원 속성들은 슬레드 구성 (100b)을 통해 달성되며, 상기 슬레드 구성은 평평한 또는 거의 평평한 중심 부분, 및 굽혀진 2 개의 대향 주변부들만을 포함한다. 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 이들 3 차원 유리 재료들은 유리 재료들 (모재들)의 평면 시트들의 열적 기계 공정을 통해 도시된 실시예들 (및/또는 다른 실시예들)로 형성될 수 있다. 유리 모재는 적절한 성형 몰드 (304) 상에 위치될 수 있으며 (도 3), 그리고 유리-몰드 조립체는 노와 같은 가열 디바이스 (302)에서 가열될 수 있다 (도 3). 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)는 유리 재료 (100)의 점성이 성형 몰드 (304)에 따라 유리 재료 (100)를 형성하기에 충분히 낮은 온도로 가열될 수 있다.
이어서 유리 재료 (100)는 기계적 힘의 가함에 의해 성형 몰드 (304)에 강제로 맞춰진다. 특정 실시예에 따라, 기계적 힘은 (2-몰드 가압 공정으로) 상보적인 몰드를 통한 진공, 가스/공기 압력, 및/또는 압력을 포함할 수 있다. 미리 결정된 시간 이후에, 유리 재료 (100) 상에 맞춤 힘 (conforming force)이 제거될 수 있으며, 그리고 추후에 그리고 저온에서, 유리 재료 (100)는 성형 몰드 (304)로부터 언로딩될 수 있다. 실온으로의 유리 재료 (100)의 추가 냉각이 일어날 수 있고, 이때 유리 재료 (100)는 성형 몰드 (304)로부터 분리된다. 이들 열적-기계적 형성 공정들은 실시예에 따라 냉각 가공 (anisothermal) 또는 등온 (isothermal)일 수 있다. 냉각 가공 성형 공정들은 유리 재료 (100)의 서로 다른 영역들이 서로 다른 온도들을 거치도록 구성될 수 있다. 이는 상대적으로 보다 짧은 사이클 시간을 허용하며, 이때 (예컨대, 유리 제품의 중심 영역에 비해 굽힘들에서 보다 낮은 점성/보다 높은 온도를 가짐으로써) 작은 반경을 갖는 굽힘들을 형성하는 동안, 커버 유리의 디스플레이 영역의 외관 품질 (cosmetic quality)을 보다 높일 수 있다.
추가적으로, 유리 재료 (100)는 가공성을 개선시키고, 응력들/응력 복굴절 (birefringence)을 감소시키며, 그리고/또는 이온 교환 공정에서 압축 응력을 개선시키기 위해 차후에 어닐링될 수 있다. 또한, 어닐링 동안 형성 응력의 이완에는 또한 휨이 수반될 수 있다. 구체적으로, 이러한 어닐링 휨은 또한 유리 재료 (100)의 형상이 원하는 허용 오차로부터 벗어나는데 기여될 수 있다. 그러므로, 고객들에 의해 요구되는 형상 허용 오차들을 달성하기 위해, 냉각 가공 형성 공정들에서 휨 및 응력들을 제어하는 실시예들이 본 명세서에 기술된다. 실시예들은, 덮개 유리의 고객들에게 보다 큰 관심 거리인 최소 굽힘 반경 (예컨대, 약 5 밀리미터 미만이지만, 일부 실시예에서는 약 2 밀리미터 내지 약 10 밀리미터, 또는 약 10 밀리미터 내지 약 1000 밀리미터의 범위를 가질 수 있음) 굽힘들을 가질 수 있는 것들을 포함하여, 서로 다른 형상들의 유리 재료 (100)에 적용 가능할 수 있다.
또한, 도 2a 내지 도 2c는 본원에 개시된 실시예들에 따른, 유리 재료 (100)가 성형 공정 중에 겪을 수 있는 휨의 실시예들을 도시한다. 구체적으로, 도 2a는 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른 유리 재료 (100)의 돔 형상의 네거티브 휨 (202a)을 도시한다. 구체적으로, 냉각 가공 형성 공정을 이용하는 많은 현재의 해결책들은 종종 돔의 형상 또는 네거티브 휨을 가진다. 상기에서 논의된 바와 같이, 오목 성형 몰드에 대한 네거티브 휨은 오목한 방향 (예컨대, 유리 재료 (100)의 내부 부분을 향함)인 유리 재료 (100)의 휨을 포함한다. 이는, 네거티브 휨이 종종 유리 재료 (100)의 편평도에 대한 최대 임계치를 초과하고 유리 재료 (100)의 후속 공정 (이를테면, 이온 교환 공정 수행)이 유리 재료 (100)의 추가 네거티브 휨을 초래할 수 있기 때문에, 바람직하지 않은 형성일 수 있다.
도 2b는 유리 재료 (100)의 포지티브 휨 (202b)을 도시한다. 구체적으로, 본 명세서에 기술된 실시예들은 유리 재료 (100)의 모든 공정이 완료된 이후에 유리 재료 (100)가 허용 가능한 임계치 내에 있는 형상 및 휨을 가질 수 있기 위해, 허용 가능한 휨 (방향 및 각도)를 제공하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 포지티브 휨은 볼록 방향으로의 또는 유리 재료 (100)의 내부 부분으로부터 멀어지는 방향으로의 유리 재료의 변형이다.
도 2c는 포지티브 휨 (202b)이 형성 공정에서, 이어서 이온 교환 공정에서 실현된 이후에 일어나는 유리 재료 (100)의 휨 (202c)을 도시한다. 명백한 바와 같이, 휨 (202c)은 제로 휨 또는 포지티브 또는 네거티브인 휨 (202c)을 가질 수 있지만, 최종 제품에 대한 허용 가능한 허용 오차들 및 임계치들 내에 존재할 수 있다.
이에 따라서, 본 명세서에 기술된 실시예들은 몰드가 노에서 빠져나갈 때의 온도들 및 온도 구배들에 집중하는 유리 재료 (100)의 포지티브 중심 휨을 달성한다. 몰드가 유리 재료 (100)의 어닐링 점보다 충분히 높은 온도에서 가열 디바이스 (302)를 빠져나가고 여전히 올바른 형상을 가지는 것을 이들 실시예들이 허용하기 때문에, 보다 짧은 형성 사이클들이 가능하다. 추가적으로, 본 명세서에 기술된 실시예들은 냉각 대부분에 대한 성형 몰드 (304)의 온도보다 낮은 가열 디바이스 (302) (도 3)의 온도를 허용함으로써, 보다 빠른 냉각을 촉진하고, 따라서 보다 짧은 사이클 시간도 촉진한다. 이들 실시예들은 작고 큰 반경 형상들 둘 다에 대해 양호하게 수행되며, 그리고 유리 재료 (100)에 대해 다양한 형상들로 성공적으로 입증되었다.
도 3은 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른, 성형 몰드 (304) 및 유리 재료 (100)를 갖는 가열 디바이스 (302)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 유리 재료 (100)의 평평한 시트 (모재)는 원하는 형상의 성형 몰드 (304) (암) 상에 위치되고 가열 디바이스 (302)에서 가열된다. 가열 디바이스 (302)는, 성형 몰드 (304) 위에 위치되고 모재 및 성형 몰드 (304)를 고온 (및/또는 저 점성)으로 가열하도록 구성된 가열 요소 (306)를 포함할 수 있다. 가열 디바이스 (302)는 유리 재료 (100)를 더 몰딩하기 위한 진공 디바이스, 공기 디바이스 및/또는 압력 디바이스를 포함할 수 있다. 가열 요소 (306) (하나 이상의 가열 요소들을 포함할 수 있음)는 성형 몰드 (304) 및 유리 재료 (100) 둘 다를 가열하도록 위치된다. 후술하는 바와 같이, 가열 요소 (306)의 온도가 성형 몰드 (304)의 온도보다 낮은 경우, 성형 몰드 (304) 및 유리 재료 (100)는 냉각 요소 (308)를 이용함 없이 냉각될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 유리 재료 (100)는 진공 압력, 공기 압력 또는 상보적인 몰드로부터의 힘을 가함으로써 몰드에 강제로 맞춰진다. 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)는 이어서 가열 디바이스 (302)에서 빠져나갈 수 있는 온도로 냉각되며, 그리고 유리 재료 (100)가 성형 몰드 (304)로부터 언로딩될 수 있는 제 2 저온으로 더 냉각된다. 유리 재료 (100)는 이어서 성형 몰드 (304)와는 별도로 실온으로 더 냉각될 수 있다.
또한, 도 3에는 냉각 요소 (308)가 포함된다. 냉각 요소 (308)는 형성 공정 동안에 진공 압력을 더 가하도록 구성될 수 있으며, 그리고/또는 냉각 공정 동안에 (이를테면, 공기 냉각, 액체 냉각 등을 통해) 성형 몰드 (304)의 냉각을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 유리 시트가 몰드 표면에 완전히 맞춰지면, 유리-몰드 조립체는 전체 사이클 시간에 의존하는 고정 시간 동안 노에 냉각된다. 냉각은 가열 디바이스 (302)가 성형 몰드 (304)의 온도보다 낮은 온도를 가짐으로써, 그리고/또는 유리 반대 측면 상의 몰드와 접촉하는 유체-냉각 부분을 이용하는 냉각 요소 (308)로 수행된다. 몰드 아래의 냉각 요소 (308)에서의 유체의 유속은 초기에 작은 값 (예컨대, 약 200 밀리미터 × 125 밀리미터 × 25 밀리미터의 금속 몰드에 대해 약 15 표준 리터/분의 공기)으로 유지될 수 있고, 그 결과 형성된 유리 재료 (100)에서의 응력은 낮다. 고정 냉각 시간에서, 낮은 몰드 출구 온도를 촉진시키기 위해, 가열 디바이스 (302)의 온도는, 가열 디바이스 (302)의 온도가 몰드 온도와 실질적으로 동일할 시에, 성형 몰드 (304)가 가열 디바이스 (302)에서 빠져나가기 전 마지막 약 15 초를 제외하고는 감소될 수 있다. 유리-몰드 조립체가 가열 디바이스 (302)에서 빠져나간 이후에, 유리 재료 (100)는 성형 몰드 (304)로부터 언로딩되며 이어서 실온으로 냉각되는 것이 허용될 수 있다. 형성된 유리 재료 (100)가 실온에서 네거티브 휨 (또는 충분치 않은 포지티브의 휨)과 같은 바람직하지 않은 휨을 가지는 경우, 가열 디바이스 (302)의 온도는, 성형 몰드 (304)가 가열 디바이스 (302)에서 빠져나가기 전, 보다 긴 지속 시간 동안 (예컨대, 약 30 초 동안) 성형 몰드 (304)의 온도와 매칭될 수 있다. 형성된 유리 재료 (100)는 이어서 보다 작은 네거티브 (또는 보다 큰 포지티브) 휨을 가질 수 있다.
일 예로서, 일부 실시예들은 접시 구성 (100a)이 약 15 초의 인덱스 (index) 시간, 약 100 미크론의 사발 (bowl) 형상의 휨으로 가열 디바이스 (302)에 형성되도록 구성된다. 인덱스 시간은 가열 및 냉각을 위한 복수의 모듈들을 갖는 가열 디바이스 (302)에서 성형 몰드 (304)의 체류 지속 시간을 포함할 수 있다. 크기는 어닐링 점보다 섭씨 약 36 도 높은 몰드 출구 온도로 만들어졌다 (점성은 약 1012.2 푸아즈였음). 마지막 모듈의 온도는 성형 몰드 (304) (도 3)의 온도보다 섭씨 2도가 높았다. (약 200 밀리미터 × 약 125 밀리미터 × 약 25 밀리미터의 치수를 갖는) 성형 몰드 (304)의 에지들은 중심보다 섭씨 약 25 도 높았다. 또 다른 예에서, 약 50 미크론 내지 약 150 미크론 크기의 휨은 어닐링 점보다 섭씨 약 20 도 내지 섭씨 약 50 도 높은 몰드 출구 온도로 만들어질 수 있다 (예컨대, 1011.75 푸아즈 < 점성 < 1012.75 푸아즈). 마지막 모듈의 온도는 성형 몰드 (304)의 온도보다 섭씨 0 도 내지 섭씨 약 10 도가 높았다. 추가적으로, (약 200 밀리미터 × 약 125 밀리미터 × 약 25 밀리미터의 치수를 갖는) 성형 몰드 (304)의 에지들은 중심보다 섭씨 약 5 도 내지 섭씨 약 20 도가 높았다.
네거티브 휨 (또는 포지티브 휨 증가)과 같은 바람직하지 않은 휨을 더 감소시키기 위해, 중심-대-에지 온도차는 몰드 에지들이 중심보다 빠르게 가열됨에 따라, 가열 디바이스 (302)의 온도를 점진적으로 보다 긴 지속 시간 동안 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 또 다른 실시예는 성형 몰드 (304)의 중심보다 에지들이 빠르게 냉각됨에 따라 중심-대-에지 온도차를 감소시키기 위해 냉각의 적어도 일부 동안, 가열 디바이스 (302)의 온도를 성형 몰드 (304)의 온도보다 충분히 낮게 설정할 수 있다. 현재의 해결책들에서, 가열 디바이스 (306)로부터의 출구에서 냉각 속도를 증가시키고 성형 몰드 (304)의 온도를 감소시키는 것이 목적일 수 있다. (에지들이 보다 빠르게 냉각됨에 따라) 중심-대-에지 온도차의 감소는 종종 바람직하지 않은 결과이다. 이에 따라서, 일부 실시예들은 가열 디바이스 (302)의 온도를 증가시키도록 구성될 수 있으며, 이는 보다 높은 중심-대-에지 온도차를 가져오고, 이에 의해 포지티브 휨을 촉진시킨다.
또 다른 실시예는 몰드-측면 냉각을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 중심-대-에지 온도차는 성형 몰드 (304)의 중심 부분에만 접촉하는 냉각 요소 (308)로 성형 몰드 (304)의 중심 영역을 선택적으로 냉각시킴으로써 증가 될 수 있다. 원하는 온도차를 유도하는 것과 더불어, 몰드-측면 냉각을 증가시키는 것은 또한 성형 몰드 (304)의 출구 온도를 감소시킨다. 이들 요인들 둘 다는 바람직하지 않은 휨을 감소시키는데 도움을 준다. 냉각 요소 (308)의 일 예는 성형 몰드 (304)에 근접하게 또는 접촉하여 위치되는 공냉식 금속 챔버이다. 냉각 요소 (308)를 통과한 공기의 유속은 열 추출 속도를 제어한다.
일부 실시예들에서, 성형 몰드 (304)의 에지들은 선택적으로 가열될 수 있다. 구체적으로, 냉각 동안에 에지들 근처에 가열 요소 (306)를 (성형 몰드 (304) 내부에, 또는 성형 몰드 (304) 외부에) 위치시킴으로써 에지들이 중심에 대해 가열될 수 있다.
도 4는 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른, 유리 재료 (100)의 휨을 제어하는 공정을 도시한다. 블록 (450)에 도시된 바와 같이, 성형 몰드 (304) 및 유리 재료 (100)는 가열 디바이스 (302)에 위치될 수 있다. 블록 (452)에서, 유리 재료 (100)는 성형 몰드 (304)에 따라 형성될 수 있다. 구체적으로, 유리 재료 (100)는 응력 완화 시간 (전단 계수로 점성을 나눔으로써 계산될 수 있음)이 1 초 미만인 온도로, 점성 온도 레짐 (regime)에서 성형 몰드 (304)로 형성될 수 있고, 그 결과 95 %의 초과 응력은 3 초 내에 완화된다.
블록 (454)에서, 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)는 냉각될 수 있다. 일 예로서, 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)는, 유리 재료 (100)가 약 1011.81 푸아즈 내지 약 1012.47 푸아즈의 점성에 도달하도록 가열 디바이스 (302)에서 냉각될 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도는 약 1011.81 푸아즈에 대해 어닐링 점 위로 섭씨 약 50 도보다 낮을 수 있다. 일부 실시예들에서, 점성은 어닐링 점 위로 섭씨 약 40 도 미만의 온도로, 약 1012.13 푸아즈보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 점성은 어닐링 점 위로 섭씨 약 30 도 미만의 온도로, 약 1012.47 푸아즈보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리 재료 및 성형 몰드는, 유리 재료 및 성형 몰드가 가열 디바이스로부터 제거될 시에 약 1013.2 푸아즈 유리 점성에 대응하는 온도보다 섭씨 약 0 도 내지 섭씨 약 50 도 높은 온도로 냉각된다. 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304) 조립체는 이어서 가열 노로부터 실온 환경 내로 이동될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 블록 (456)에서, 유리 재료 (100)는 미리 결정된 온도로 유지될 수 있다. 형성 및 냉각 동안에, 특히 유리가 가열 디바이스 (302)에서 빠져나가 실온 환경으로 들어갈 시에, 성형 몰드 (304)의 에지들은 중심보다 고온일 수 있다. 이러한 온도차는 실시예에 따라 섭씨 약 0 도일 수 있거나, 섭씨 약 0 도 내지 섭씨 약 15 도 초과의 범위를 가질 수 있다. 유리가 노를 빠져나가 실온 환경에 들어가기 전, 적어도 약 15 초 내지 약 30 초일 수 있는 미리 결정된 시간 동안; 유리 재료 (100)는 냉각될 수 있고, 이때 가열 디바이스 (302)의 온도는 성형 몰드 (304)의 온도와 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 실질적으로 동일함은 5 % 이하, 4 % 이하, 3 % 이하, 2 % 이하, 또는 1 % 이하의 차이를 가진, 가열 디바이스 (302) 및 성형 몰드 (304)의 온도를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 디바이스 (302)는 마지막 약 15 초에서 몰드보다 섭씨 약 5 도 내지 섭씨 약 10도가 높을 수 있다.
블록 (458)에서, 유리 재료 (100)는 가열 디바이스 (302)로부터 제거될 수 있다. 가열 디바이스 (302)에서 빠져나간 이후, 유리 재료 (100)의 볼록 측면 상은 성형 몰드 (304)로, 그리고 다른 측면 상은 실온의 공기로 약 15 초 내지 약 30 초 동안 냉각될 수 있다. 블록 (460)에서, 유리 재료 (100)는 이어서 성형 몰드 (304)로부터 제거되어 실온으로 냉각될 수 있다.
일부 실시예들이 성형 몰드 (304)에 냉각을 가함으로써 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)를 냉각시키도록 구성될 수 있음을 이해하여야 한다. 이는 기술된 냉각을 제공하기 위해 팬 또는 다른 냉각 메커니즘으로서 구성될 수 있다.
이에 따라서, 도 4의 공정의 실시예들은 유리 재료 (100)의 어닐링 점보다 섭씨 약 30 도 내지 섭씨 약 50 도 높은 온도에서 성형 몰드 (304)가 가열 디바이스 (302)에서 빠져나가는 것을 허용한다. 이는 짧은 사이클 시간 (일부 실시예에서는 약 6 분)을 허용한다. 추가적으로, 유리 재료 (100)에서의 온도 구배는 가열 디바이스 (302)의 온도를 변화시키고 성형 몰드 (304)의 냉각을 변화시킴으로써 제어 될 수 있다. 이들 2 개의 파라미터들을 조정함으로써 응력 및 휨은 동시에 관리될 수 있다.
도 5는 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른, 유리 재료 (100)의 휨을 열적으로 제어하는 또 다른 공정을 도시한다. 블록 (550)에 도시된 바와 같이, 유리 재료 (100)는 성형 몰드 (304) 내로 맞춰지도록 형성될 수 있고, 이 경우에 성형 몰드 (304) 및 유리 재료 (100)는 가열 디바이스 (302) 내로 위치되며, 그리고 이 경우에 성형 몰드 (304)는 중심 섹션 및 에지를 포함한다. 일부 실시예들에서, 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)는 에지와 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차를 생성하기 위해 가열된다. 블록 (552)에서, 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)는 유리 재료 (100)의 미리 결정된 점성으로 냉각될 수 있으며, 이 경우에 에지와 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차는 유지된다. 일부 실시예들에서, 온도차는, 유리 재료가 성형 몰드 (304)에 맞춰질 시에 중심 섹션보다 섭씨 약 5 도 내지 섭씨 약 50 도가 크며, 그리고 가열 디바이스 (302)로부터의 출구에서는 중심 섹션보다 섭씨 약 0 도 내지 섭씨 약 15 도가 크다.
블록 (554)에서, 가열 디바이스 (302), 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)로부터 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)를 제거하기 이전의 미리 결정된 시간은 성형 몰드 (304)의 온도가 가열 디바이스 (302)의 온도와 실질적으로 동일하도록 냉각될 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 동일함은 5 % 이하, 4 % 이하, 3 % 이하, 2 % 이하, 또는 1 % 이하의 차이를 가진, 가열 디바이스 (302) 및 성형 몰드 (304)의 온도를 포함할 수 있다. 블록 (556)에서, 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)는 주변 온도에서 (또는 이와 달리 주변 공기에 노출되는) 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)를 더 냉각시키기 위해, 가열 디바이스 (302)로부터 제거될 수 있고, 이 경우에 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)가 가열 디바이스 (302)로부터 제거된 이후에, 유리 재료 (100)는 제어된 또는 원하는 재료 휨을 나타낼 것이다.
이에 따라서, 본 명세서에 기술된 실시예들은 작고 큰 반경들 둘 다에 대해 엄격한 (tight) 형상 허용 오차들에 대한 3 차원 유리 재료들을 형성하도록 구성될 수 있다. 이들 실시예들은, 역 (reverse) 휨을 부여함으로써, 에지 가공 및 이온-교환과 같은 다운스트림 공정들에서 유리 재료 (100)의 휨에 대항하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 실시예들은 성형 몰드 (304)가 열 사이클링으로 인해 휘어져도 원하는 형상을 갖는 유리 재료들을 형성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들은 또한 유리 재료 (100)를 보다 높은 온도 (예컨대, 유리 재료 (100)의 어닐링 점보다 섭씨 약 30 도 내지 섭씨 약 50 도 높음)에서 언로딩함으로써 사이클 시간 (및 보다 높은 생산 속도)을 감소시키도록 구성될 수 있다. 실시예들은 또한 점탄성 온도 레짐 전체이기보다는 오히려, 주로 노 출구 근방 또는 점탄성-탄성 경계를 향하는 온도 구배들에 의존함으로써 보다 보다 빠른 냉각을 허용할 수 있다. 이는 유리 재료 (100) 및 성형 몰드 (304)의 보다 빠른 냉각을 허용한다. 실시예들은 또한 유리 재료들의 형성된 부분들에서의 응력들을 관리하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 형성된 부분들은 고객이 요구하는 에지의 기하학적인 구조를 가지도록; 최종 제품 디바이스에 관한 특징들에 대한 슬롯들 및 구멍들을 가지도록 가공될 수 있다.
기술 분야의 통상의 기술자는 청구된 주제의 권리 범위 및 기술 사상을 벗어남 없이 다양한 변형들 및 변경들이 본 명세서에 기술된 실시예들에 대해 이루어질 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다. 이로써, 그러한 변경 및 변형이 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 경우, 본 명세서는 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들의 변형들 및 변경들을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 재료 휨을 제어하는 방법에 있어서,
    유리 재료 및 성형 몰드를 가열하기 위해, 가열 디바이스에 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 위치시키는 단계;
    상기 유리 재료를 상기 성형 몰드의 형상으로 형성하는 단계;
    상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 상기 유리 재료의 미리 결정된 점성으로 냉각시키는 단계;
    상기 가열 디바이스로부터 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 제거하기 이전의 미리 결정된 시간 동안, 상기 가열 디바이스에 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 유지시키는 단계 - 이 경우에 상기 가열 디바이스의 온도는 상기 가열 디바이스가 주변 온도로 빠져나가기 직전에 상기 성형 몰드 및 상기 유리 재료의 온도와 실질적으로 동일함; 및
    상기 주변 온도로 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 더 냉각시키기 위해, 상기 가열 디바이스로부터 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 제거하는 단계 - 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거된 이후에, 상기 유리 재료는 원하는 재료 휨을 나타낼 것임;를 포함하는, 재료 휨 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 성형 몰드는 중심 섹션 및 에지를 포함하며,
    상기 유리 재료는, 상기 유리 재료가 상기 성형 몰드에 맞춰질 시에 상기 중심 섹션보다 섭씨 약 5 도 내지 섭씨 약 50 도가 큰 미리 결정된 온도차를 생성하기 위해 가열되는, 재료 휨 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 성형 몰드는 중심 섹션 및 에지를 포함하며,
    상기 유리 재료는, 상기 유리 재료가 상기 가열 디바이스로부터 상기 주변 온도로 빠져나갈 시에 상기 중심 섹션보다 섭씨 약 0 도 내지 적어도 섭씨 약 25 도가 큰 미리 결정된 온도차를 생성하기 위해 가열되는, 재료 휨 제어 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드는, 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거될 시에 약 1013.2 푸아즈 유리 점성에 대응하는 온도보다 섭씨 약 0 도 내지 섭씨 약 50 도가 큰 온도로 냉각되는, 재료 휨 제어 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 재료는 약 2 밀리미터 내지 약 10 밀리미터의 최소 굽힘 반경으로 3 차원 유리 재료를 포함하는, 재료 휨 제어 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 재료는 약 10 밀리미터 내지 약 1000 밀리미터의 최소 굽힘 반경으로 3 차원 유리를 포함하는, 재료 휨 제어 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 디바이스로부터 상기 주변 온도로 빠져나갈 시의 상기 유리 재료의 점성은 약 1011.81 푸아즈보다 큰, 재료 휨 제어 방법.
  8. 재료 휨을 제어하는 방법에 있어서,
    유리 재료를 성형 몰드의 형상으로 형성하는 단계 - 상기 성형 몰드 및 상기 유리 재료는 가열 디바이스에 위치되고, 상기 성형 몰드는 중심 섹션 및 에지를 포함하고, 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드는 상기 에지와 상기 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차를 생성하기 위해 가열됨;
    상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 상기 유리 재료의 미리 결정된 점성으로 냉각시키는 단계 - 상기 에지와 상기 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차는 유지됨;
    상기 가열 디바이스로부터 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 제거하기 이전의 미리 결정된 시간 동안, 상기 성형 몰드의 온도가 상기 가열 디바이스의 온도와 실질적으로 동일하도록 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 더 냉각시키는 단계; 및
    상기 주변 온도로 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 더 냉각시키기 위해, 상기 가열 디바이스로부터 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 제거하는 단계 - 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거된 이후에, 상기 유리 재료는 원하는 재료 휨을 나타낼 것임;를 포함하는, 재료 휨 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 에지는, 상기 성형 몰드에 유리가 맞춰질 시에 상기 중심 섹션보다 섭씨 약 5 도 내지 섭씨 약 50 도가 크고 상기 가열 디바이스로부터 상기 주변 온도로 빠져나갈 시에 상기 중심 섹션보다 섭씨 약 0 도 내지 적어도 섭씨 약 25 도가 큰 온도로 가열되는, 재료 휨 제어 방법.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거될 시에, 상기 유리 재료는 볼록 측면 및 대향 측면을 포함하며, 상기 유리 재료는 상기 볼록 측면 상에서 상기 성형 몰드에 결합되고, 그리고 상기 대향 측면은 주변 공기에 노출되는, 재료 휨 제어 방법.
  11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드는 약 1013.2 푸아즈 유리 점성에 대응하는 온도보다 큰 섭씨 약 0 도 내지 섭씨 약 50 도인 온도로 냉각되는, 재료 휨 제어 방법.
  12. 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 재료는 약 5 밀리미터 내지 약 10 밀리미터의 굽힘 반경을 갖는 3 차원 유리를 포함하는, 재료 휨 제어 방법.
  13. 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 점성은 약 1011.81 푸아즈보다 크며, 상기 미리 결정된 점성은 어닐링 점보다 섭씨 약 50 도 미만만큼 높도록 상기 유리 재료를 냉각시킴으로써 도달되는, 재료 휨 제어 방법.
  14. 재료 휨을 제어하는 시스템에 있어서,
    가열 요소 및 냉각 요소를 포함하는 가열 디바이스; 및
    미리 결정된 3 차원 구성으로 몰딩을 하기 위해 유리 재료를 수용하는 성형 몰드 - 상기 성형 몰드는 중심 섹션 및 에지를 포함하고,
    상기 시스템은:
    상기 유리 재료를 상기 미리 결정된 3 차원 구성으로 형성하기 위해 상기 가열 요소를 통해 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 가열하되, 상기 에지와 상기 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차가 존재하도록 가열하고;
    상기 유리 재료의 미리 결정된 점성으로 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를, 상기 냉각 요소를 통해 냉각시키고 - 상기 에지와 상기 중심 섹션 사이의 미리 결정된 온도차는 유지됨;
    미리 결정된 시간 동안 상기 성형 몰드의 온도가 상기 가열 디바이스의 온도와 실질적으로 동일하도록, 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거되기 이전에 상기 미리 결정된 시간 동안 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 상기 냉각 요소로 더 냉각시키며; 그리고
    주변 온도로 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 더 냉각시키기 위해, 상기 가열 디바이스로부터 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드를 제거하고, 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거된 이후에, 상기 유리 재료가 원하는 재료 휨을 나타낼 것을 수행하도록 구성되는, 재료 휨 제어 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 에지는 약 5 도 이상만큼 상기 중심 섹션의 온도보다 큰 온도로 가열되는, 재료 휨 제어 시스템.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거될 시에, 상기 유리 재료는 볼록 측면 및 대향 측면을 포함하며, 상기 유리 재료는 상기 볼록 측면 상에서 상기 성형 몰드에 결합되고, 그리고 상기 대향 측면은 주변 공기에 노출되는, 재료 휨 제어 시스템.
  17. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드가 상기 가열 디바이스로부터 제거될 시에, 상기 유리 재료 및 상기 성형 몰드는 약 1013 푸아즈 유리 점성에 대응하는 온도보다 섭씨 약 0 도 내지 섭씨 약 50 도 큰 온도로 냉각되는, 재료 휨 제어 시스템.
  18. 청구항 14 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 재료는 약 2 밀리미터 내지 약 10 밀리미터의 굽힘 반경을 갖는 3 차원 유리를 포함하는, 재료 휨 제어 시스템.
  19. 청구항 14 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 점성은 약 1011.81 푸아즈보다 큰, 재료 휨 제어 시스템.
  20. 청구항 14 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 점성은 어닐링 점보다 섭씨 약 50 도 미만만큼 높도록 상기 유리 재료를 냉각시킴으로써 도달되는, 재료 휨 제어 시스템.
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