KR20230043625A - 비접촉 가열부재를 이용한 유리판 측면 가공 방법 및 가공 장치 - Google Patents

비접촉 가열부재를 이용한 유리판 측면 가공 방법 및 가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리판 측면 가공 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막 유리의 측면 가공 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유리 측면 가공 방법은 회전하는 가열부재를 광을 이용해서 가열하면서 유리 기판에 접촉시키는 특징으로 한다.

Description

비접촉 가열부재를 이용한 유리판 측면 가공 방법 및 가공 장치{Glass plate side processing method and processing device using non-contact heating member}
본 발명은 유리판 측면 가공 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가열부재를 이용한 유리의 측면 가공 방법 및 장치에 관한 것이다.
디스플레이의 대형화에 따라 이에 소요되는 대형 박막 유리에 대한 수유가 증가하고 있다. 대형 유리의 경우, 레이저에 의한 절단이 적합하지만 절단면이 매끄럽지 않아 추가 가공 공정이 요구된다. 절단면을 스크라이빙할 경우 깨끗한 단면을 얻을 수 있지만, 스크라이빙 과정에서 발생되는 다량의 미세 유리 먼지로 인한 건강, 환경, 공정상의 문제가 야기된다.
대한민국 특허 공개 10-2013-0081541호에서는 냉각된 유리 기판 모서리에 전기로 가열된 말굽 형태의 부재를 접촉하여 열전달에 의해 유리기판의 모서리를 매끄럽게 절취하는 방법이 개시된다. 이러한 방식은 미세 유리 먼지의 발생을 방지할 수 있지만 가열 부재에 연결된 두꺼운 전선들로 인해 가열 부재와 유리기판의 접촉 압력을 조절하기에 어렵다는 단점이 있다.
대한민국 특허 공개 10-2014-0017855호를 통해서, 고주파 유도 가열된 봉침형 가열 부재를 냉각된 유리의 모서리에 가압 접촉시켜 모서리 부위를 절삭하는 방법을 개시한다. 고주파 유도 가열 방식은 가벼운 코일로 가열 부재를 감싸기 때문에, 두꺼운 전선에 고정된 전기 가열식에 비해서, 가열 부재와 유리기판 사이의 접촉 압력을 조절하기에 유리하다는 장점이 있다. 하지만, 가열 부재의 주변을 감싸는 코일은 여전히 가열 부재의 정확한 조절에 방해가 되며, 마이크론 단위의 정확한 조절이 필요한 미세 가공의 경우 심각한 문제로 작용한다.
또한, 고주파 유도 가열 방식은 유도 가열이 가능하면서도 고온에서 견딜 수 있도록 금속 성분을 포함하는 세라믹으로 이루어진 가열 부재로 제조되는데, 금속 성분과 세라믹의 불균일한 혼합으로 인해 중심축에서부터 원주면까지의 지름이 부위별로 다르기 때문에, 접촉 위치에 따라서 접촉 압력이 달라지게 된다. 미세 가공시 이러한 접촉 압력의 불균일은 치수 오차를 유발하기 때문에, 유리를 가열 부재의 한 지점에만 접촉시켜야 한다는 제약이 따른다.
더구나, 디스플레이에 사용하기 위해 직사각형 형태의 유리를 가열부재로 가압 접촉하여 가공할 경우, 가공을 위해 접촉이 시작되는 부위에서 가공이 종료되는데, 접촉이 시작된 부위는 열에 의해 유리 특성이 달라지기 때문에 가공 종료시 재가공하더라도 균일하고 매끄러운 가공면을 얻기 어렵다는 한계가 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 전기 가열시 발생하는 복잡한 장치 구조의 문제를 해결할 수 있는 새로운 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 고주파 유도 가열시 가열부재의 불균일한 팽창 문제를 해결할 수 있는 새로운 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 디스플레이형 유리 가공시 발생하는 가공 시작점의 불균일성을 감소시킬 수 있는 새로운 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전기 가열시 발생하는 복잡한 장치 구조의 문제, 고주파 유도 가열시 가열부재의 불균일한 팽창 문제, 및 디스플레이형 유리 가공시 발생하는 가공 시작점의 불균일성을 해결할 수 있는 새로운 유리 가공 장치를 제공하는 것이다.
용어
'가열 부재'는 가열되는 부재를 의미한다.
발명의 내용
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
광에 의해서 가열된 회전하는 가열부재를 유리 판재의 측면에 접촉시켜 가공하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법을 제공한다.
이론적으로 한정된 것은 아니지만, 회전하는 가열부재를 가열하면서 유리와 접촉시킬 경우, 회전에 의한 물리력과 열전달에 의한 유리의 절취가 조합되어 매끄럽고 정확한 치수의 유리 가공이 가능하게 되며, 초박막 기판에서부터 박막 기판까지 다양한 두께의 유리를 냉각 없이 가공할 수 있으며, 또한, 광에 의한 비접촉 가열은 가열부재의 자유로운 회전을 가능하게 하여, 가열부재의 회전은 유리와의 접촉에 의한 가열부재의 냉각과 수축 및 이로 인한 가공 편자의 발생을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 가열부재는 금속 또는 세라믹 부재를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 공기 중 산화되는 것을 방지하고 세라믹 부재를 사용할 수 있다. 상기 세라믹 부재는 균일한 열팽창율을 가질 수 있도록 금속 성분을 포함하지 않은 비금속 세라믹 부재일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가열부재는 환봉형 부재일 수 있으며, 바람직하게는 다양한 접촉점에서 중심으로부터 외면까지의 거리가 일정하게 유지될 수 있도록 동일한 직경의 원형 단면이 상하로 연장되는 환봉일 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 환봉형 부재는 유리의 절삭 속도를 높일 수 있도록 표면에 소정 깊이의 홈이 형성될 수 있다. 상기 홈의 깊이는 필요에 따라 조절될 수 있으며, 바람직하게는 10~1,000 마이크론의 깊이를 가질 수 있다.
본 발명의 실시에 잇어서, 상기 홈의 단면은 U자 또는 V자형일 수 있으며, 환봉형 부재의 표면에 나사산 형태로 상부에서 하부로 연장되면서 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가열부재는 열전달과 회전력이 조화될 수 있는 범위에서 회전 속도를 조절할 수 있다. 지나치게 저속으로 회전할 경우 열전달에 의한 가공이 과다해져 정확한 치수 가공이 어렵게 되며, 지나치게 고속으로 회전할 경우, 열전달의 효과가 없이 가열부재의 물리적인 회전에 의한 가공이 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 가열부재의 회전은 1~1,000 RPM의 속도로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 100 rpm의 속도로 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 가열부재의 회전은 모터에 의해서 이루어질 수 있으며, 제어부에 의해서 회전 속도가 제어될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가열부재를 가열하는 광은 자외선, 가시광선, 또는 적외선일 수 있으며, 바람직하게는 부재의 가열이 용이한 적외선을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 적외선은 파장이 720 nm 이상인 장파장의 광을 의미하며, 상기 적외선은 근적외선, 중적외선, 원적외선일 수 있으며, 바람직하게는 파장이 800 nm 이상인 원적외선일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 적외선은 가열 부재와 소정 거리 이격하여 설치되는 적외선 조사 장치에서 방출된 적외선일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 적외선 조사 장치는 하나 이상의 조사 장치로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 2개 또는 3개의 적외선 조사 장치일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가열부재는 적외선 조사 장치에서 조사되는 적외선에 의해서 800 ℃ 이상까지 가열될 수 있으며, 바람직하게는 900℃ 이상, 보다 바람직하게는 1,000 ℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 1,100 ℃, 가장 바람직하게는 1,200 ℃ 이상 가열되며, 예를 들어, 1,200 ~ 2,000 ℃로 가열될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유리 기판은 10~1,000 마이크론 범위의 두께를 가지는 초박막 내지 박막의 유리 기판일 수 있다. 초박막 유리 기판은 100 마이크론 이하의 두께를 가지는 유리 기판일 수 있다. 상기 초박막 유리 기판은 바람직하게는 90 마이크론 이하의 두께, 보다 바람직하게는 80 마이크론 이하의 두께, 보다 더 바람직하게는 70 마이크론 이하의 두께, 가장 바람직하게는 50 마이크론 이하의 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 초박막 유리 기판의 두께는 10 마이크론, 20 마이크론, 30마이크론, 40 마이크론, 또는 50 마이크론 일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유리 기판은 측면이 가공될 수 있으며, 바람직하게는 유리 기판과 환봉형 가열부재가 수직하게 배치되어 유리 기판의 측면이 회전하는 환봉형 가열 부재의 테두리에 접촉하여 가공될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접촉은 유리와 가열된 부재가 물리적으로 접촉되어있음을 의미하며, 실질적으로 는 유리로부터 절취되는 폭을 조절할 수 있도록 약하게 가압되어 접촉된다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 가열부재와 유리의 접촉은 0.05-3.0 Kgf/㎠, 보다 바람직하게는 0.5-1.5 Kgf/㎠정도의 압력으로 가압되는 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 유리 기판의 측면은 절단 장치에 의해서 절단된 측면일 수 있으며, 예를 들어, 레이저에 의해서 절단된 단면일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유리 기판은 저온 또는 상온일 수 있으며, 가열된 가열부재의 회전과 접촉에 의해서 가공되므로, 별도의 냉각 없이 상온으로 유지된 상태에서 가공될 수 있다.
본 발명은 일 측면에 있어서,
광을 이용해서 원통형 가열 부재를 가열시키는 단계;
가열된 원통형 가열 부재를 회전시키는 단계;
상기 회전하는 가열된 원통형 가열 부재를 유리 기판의 측면에 접촉시키는 단계; 및
상기 유리 기판과 가열된 원통형 가열 부재가 접촉한 상태에서 상대적으로 이동시키는 단계를 포함하는 유리 기판의 측면 가공 방법을 제공한다.
본 발명은 일 측면에서,
회전하는 가열부재와
상기 회전하는 가열부재를 가열하는 광 조사장치와,
유리 기판을 이동시키는 유리 이동 장치를 포함하는 유리 가공 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 가열 부재는 환봉형 가열 부재일 수 있으며, 바람직하게는 상기 이동 부재에 유리 기판에 수직하도록 고정될 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 적외선 조사 장치는 상기 이동 부재에 가열 부재를 중심으로 소정 거리, 바람직하게는 동일 거리만큼 이격되어 고정될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가열부재는 모터에 의해서 회전하며, 제어부에 의해서 회전수가 조절될 수 있으며, 필요에 따라서 무회전 상태로 접촉할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가열부재는 고정된 상태에서 회전하고, 유리가 이동 베드에 고정되어 이동하면서 가열부재에 접촉하여 가공될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유리 기판은 디스플레이용 직사각형 기판일 수 있으며, 이동 베드가 이동하면서 회전하여 가공이 시작되는 지점에서 가공이 종료될 수 있다.
본 발명에 의해서 비접촉 가열에 의해서 가열된 가열부재를 회전시켜 회전력과 열전달에 의한 면취 특성이 조합된 새로운 유리 가공 방법이 제시되었다.
본 발명에 따른 유리 가공 방법은 가열부재가 광에 의해서 비접촉 방식으로 가열되어 가열부재의 주변에 가열부재의 움직임을 제한하는 코일 또는 전선이 없어 가열 공정이 편리하다.
또한, 본 발명에 따른 광을 이용한 가열은 유도가열과 달리 비금속 세라믹으로 이루어진 가열 부재를 가열할 수 있으므로, 유도 가열을 위해서 금속 성분을 함유하는 세라믹의 사용으로 인해 발생하는 불균일 팽창을 방지하여, 회전시 균일한 직경을 확보할 수 있다.
또한, 가공시 열전달에 의한 면취와 함께 회전력에 의한 가공이 조합되어, 가공 시작시 가열부재와의 접촉으로 1차 열처된 영역을 가공 종료시 매끄럽게 재가공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 유리의 측면 절삭 장치의 개요를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 유리의 측면 절삭 공정을 확대한 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 유리의 절삭이 시작되는 부위의 측면 절삭 공정을 확대한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막 유리의 일 측면이 절삭된 후, 이동 베드의 회전에 의해서 절삭된 일측면에 인접한 다른 측면이 절삭되는 상태을 보여주는 평면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 가열부재가 박막 유리의 절삭 시작점을 통과하기 직전의 상태를 보여주며, 도 5b는 가열부재가 박막 유리의 절삭 시작점을 통과한 상태를 보여주는 평면도이다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 본 발명은 예시하기 위한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 직사각형의 박막 유리판(10)은 유리용 이동 베드(20) 위에 적치되어, 이동 베드(20)와 함께 이동한다. 박막 유리판(10)은 레이저 절삭에 의해서 형성된 미세 돌기들이 형성되어 있으며, 두께 30~50 마이크론의 유리를 사용한다. 유리는 알카리 유리, 예를 들어, 코닝의 고릴라를 사용할 수 있다.
유리용 이동 베드(20)는 박막 유리판(10)이 적치될 수 있도록 상부에 수평면(21)이 형성되고, 수평면(21)에는 박막 유리판(10)을 고정하기 위한 진공홀(22)이 형성된다. 이 진공홀(22)은 유리용 이동 베드(20)를 상면에서부터 하면까지 관통하는 관통구이며, 진공을 걸어주는 진공 펌프(23)와 연결되어 있다. 박막 유리판(10)의 바닥면을 진공홀(22)에 진공을 걸어 흡착할 경우, 박막 유리판(10)의 고정을 위해서, 유리판의 측부에 고정부재를 설치할 필요가 없어, 측면 절삭용 가열부재(30)와의 자유로운 접촉이 가능하게 된다.
측면 절삭용 가열부재(30)와 직사각형 박막 유리판(10) 네 측면의 자유로운 접촉이 가능하도록, 박막 유리판(10)의 크기가 수평면(21)보다 크게 형성되며, 크기의 정도는 실시 환경에 따라 조절될 수 있다.
상기 유리용 이동 베드(20)는 필요시 표면 온도의 조절이 가능하도록 내부에는 유체 순환통로(24)를 가질 수 있으며, 유체 순환통로(24)를 유동하는 유체의 온도를 조절함으로서, 이동 베드(20)의 표면 온도와 이와 접하는 박막 유리의 온도를 조절할 수 있다. 물을 유체로 사용할 경우, 0 ~ 100 ℃ 사이, 예를 들어, 10~30 ℃의 온도로 조절할 수 있으며, 가열부재(30)의 회전과 열전달에 의해 유리가 식각되므로 별도의 냉각이 필요하지 않고 25 ℃ 정도의 상온에서 작동한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 환봉형 가열부재(30)는 상부가 회전 모터(40)에 결합되어 제자리에서 고정된 상태로 회전하며, 환봉형 가열부재(30)의 표면에는 나선형 홈이 형성된다.
상기 환봉형 가열부재(30)는 금속 성분이 없은 금속 프리 세라믹을 이용해서 원통형으로 이루어지며, 소정 간격 이격되어 환봉형 가열부재(30)의 주변부에 배치된 적외선 가열 장치(31)에 의해서 가열된다.
상기 환봉형 가열 부재(30)는 10 mm 의 직경을 가지며, 표면에는 10~20 마이크론의 깊이와 폭을 가지는 미세한 홈들이 형성된다. 상기 환봉형 가열부재(30)의 성분으로는 SiC, Si3N4 등을 사용할 수 있다.
적외선 가열 장치(50)는 원적외선을 방출하여 가열 부재(30)의 상부를 조사하여 가열하여, 가열 부재(30)의 전체를 1,200 ℃로 가열한다. 적외선 가열 장치(50)는 환봉형 가열 부재(30)을 중심으로 2개, 3개 또는 4개가 등각 배치된다.
상기 유리용 이동 베드(20)는 전후 좌우 방향으로 수평 이동할 수 있으며, 이동량은 제어부(도시되지 않음)에 의해서 제어된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유리용 이동 베드(20)에 진공 흡착 방식으로 고정된 박막 유리판(10)이 수평 이동하고, 모터(40)에 결합된 환봉형 가열부재(30)가 수직하게 결합되어 박막 유리판(10)의 측면에 접하게 된다.
환봉형 가열 부재(30)와 박막 유리판(10)은 0.2 Kgf/㎠의 압력으로 접촉할 수 있으며, 환봉형 가열 부재(30)는 60 rpm의 속도로 회전한다.
박막 유리판(10)의 절삭전 측면(11)에 형성된 미세돌기들은 레이저 절삭에 의해서 형성된 것으로서, 환봉형 가열부재(30)과의 접촉에 의해서 절삭되어 매끄러운 절삭 측면(12)를 이룬다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 사면이 레이저로 절삭되어 측면에 미세 돌기들이 형성된 직사각형 박막 유리판(10)의 측면을, 금속 프리 세라믹으로 이루어지고, 유리판에 수직하는 방향으로 배치되어 회전하며, 3개의 원적외선 조사 장치(50)로 조사하여 가열된 환봉형 가열부재(30)의 측면에 접촉시켜, 직사각형 박막 유리판(10)의 측면을 절삭한다.
회전하는 환봉형 가열부재(30)에 박막 유리판(10)의 절삭 시작점(A)이 접초한후, 수평이동하면서 절삭이 진행된다. 절삭전 측면(11)에는 미세 돌기들이 형성되어 있는 반면, 절삭 측면(12)는 미세돌기들이 절삭되면서 매끄러운 측면이 형성된다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 사면이 레이저로 절삭되어 측면에 미세 돌기들이 형성된 직사각형 박막 유리판(10)의 일측면의 가공이 완료되면, 유리용 이동베드가 90° 회전한 후, 다시 수평이동하여 다른 측면의 미세 돌기들을 절삭한다.
도 5a에서 도시된 바와 같이, 직사각형 형태의 박막 유리판(10)이 이동 베드에 결합되어 회전 및 이동하여 절삭 시작점(A)까지 절삭이 이루어지게 된다. 절삭 시작점(A)은 절삭 시작 시점에 열처리가 있어서 미세한 변형이 있을 수 있으므로, 회전하는 환봉형 가열부재(30)가 절삭 시작점(A)를 약간 통과하여 멈추도록 박막 유리판(10)을 이동시킨다. 환봉형 가열부재(30)가 회전 및 가열되고 있어, 절삭 시작점(A)은 열적 특성 변화에도 불구하고 매끄러운 면을 형성한다.
10: 박막 유리판
20: 유리용 이동 베드
30: 환봉형 가열부재
40: 모터
50: 적외선 가열장치

Claims (16)

  1. 회전하는 가열부재를 광을 이용해서 가열하면서 유리 기판의 측면에 접촉시키는 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광은 적외선인 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적외선은 가열 부재와 소정 거리 이격하여 설치되는 적외선 조사 장치에서 방출된 적외선인 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적외선 가열 부재는 금속프리 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적외선 가열부재는 환봉형 가열부재인 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 환봉형 가열 부재의 표면에는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유리기판은 두께 10~1000 마이크론의 초박막 또는 박막 유리 기판인 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열부재는 고정된 위치에서 모터에 의해서 회전하는 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열부재는 적외선에 의해서 800 ℃ 이상 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유리기판은 상온에서 가공되는 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유리 기판의 직사각형 형태의 유리 기판인 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유리 기판은 직사각형 유리 기판이며, 가공 시작 점에서 가공이 종료되는 것을 특징으로 하는 유리 기판 가공 방법.
  13. 가열부재와,
    상기 가열부재를 회전시키는 모터와, 및
    상기 모터에 의해서 회전하는 가열부재를 가열하는 광 조사 장치를 포함하는 가공 베드와;
    유리 기판을 이동시키는 유리 기판 이동 베드와; 및
    상기 유리 기판이 장착되는 이동 베드와 가열부재의 회전 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 유리 가공 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가열 부재는 환봉형 가열부재인 것을 특징으로 하는 유리 가공 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 환봉형 가열부재는 금속 프리 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리 가공 장치.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 환봉형 가열부재의 표면에는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 유리 가공 장치.
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