KR20230078011A

KR20230078011A - 최소접촉식 c형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 c형 글라스 제조방법

Info

Publication number: KR20230078011A
Application number: KR1020210165323A
Authority: KR
Inventors: 오두환
Original assignee: 주식회사 싸이텍
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-06-02
Also published as: KR102561839B1

Abstract

본 발명은 최소접촉식 C형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 C형 글라스 제조방법에 관한 것으로서, 이종 복합 광기반 국부성형을 통해 90°이상, 최대 180°까지의 엣지 곡률각을 가진 스마트 디스플레이용 C-type 형태의 글라스를 제조하고, 아울러 글라스 열성형 고정 시 금형의 열과 압력에 의해 발생하는 글라스의 열손상 및 압흔의 최소화를 통한 후공정의 최소화 및 한 번의 고정으로 성형품을 얻을 수 있도록 하며, 더불어 선행기술의 문제점을 모두 극보하여 "C"형상을 자중과 열풍 그리고 서냉에 의한 최소접촉식으로 성형시켜 열흔과 열손상에 의한 파괴를 미연에 방지한 최소접촉식 C형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 C형 글라스 제조방법을 제공하도록, 상부가 개방된 가열챔버와, 그 가열챔버 내부에 회전가능하게 설치되는 지그몰드와, 상기 가열챔버 상부를 개폐하는 한편 성형대상물을 1차 가열하는 근적외선램프가 구비된 상부캡과, 상기 성형대상물을 스캔 및 2차 가열하여 성형을 완료하는 레이저 3D 스캐너와, 상기 가열챔버 양측 내부로 진입한 상태로 이동하는 사이드몰드와, 상기 C형 글라스 성형장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

최소접촉식 C형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 C형 글라스 제조방법{Minimum contact type C glass molding device and A method of manufacturing C-type glass using this}

본 발명은 최소접촉식 C형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 C형 글라스 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양측에 "C" 형상을 형성하는 지그몰드 상에 성형대상물이 안착된 후 가열되어 양측의 "C" 형상의 몰드 형상에 따라 밀착되어, 열흔 또는 열수축에 의한 파손 및 치수 불량을 해소하고, 성형대상물인 글라스의 양측을 각각 "C"형상으로 성형하도록, 가열챔버의 예열 단계 후, 가열 및 가열성형 단계에서 지그몰드를 정,역회전시켜 성형대상물의 양측이 자중에 의해 하방향으로 자연히 처지게 한 후, 해당부분을 해당 조건에 맞추어 온도조절된 열풍을 불어 지그몰드에서 이탈된 성형대상물 C형 부분이 에어갭에 배치된 상태로 서냉되어 오차범위 내의 치수안정성을 갖는 성형품을 취출하는 최소접촉식 C형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 C형 글라스 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 스마트 기기 및 웨어러블 디바이스에 사용자 편의 중심의 곡면 디자인을 적용함으로써, 인체공학적 감성디자인을 구현하며 스마트 디스플레이의 곡면부를 이전과는 다르게 엣지 패널로 활용하게 되면서 더 넓은 디스플레이의 활용도를 높이고 주 디스플레이와 독립적으로 사용 가능한 팝업 형태의 기능을 부가할 수 있는 형태의 스마트 기기의 필요성이 증가되고 있다.

또한, 모바일 기기의 엣지부를 글라스로 전면 커버할 수 있는 디자인은 측면부의 금속 버튼을 없앨 수 있어 원가 절감과 더불어 방진방수 기능이 중요시되는 최근 기술이 요구되고 있다.

즉, 모바일 기기의 디스플레이 전면을 풀 커버 글라스 형태로 제작하면 금속 바디프레임(Metal body frame)을 글라스 안쪽으로 삽입할 수 있기 때문에 디스플레이 속의 안테나를 구현하여 5G 통신이 원활해져 데이터 속도 및 통신 가능 영역이 확대될 수 있다.

이러한 디자인과 기능적 요구를 충족하기 위해서 왹곽 엣지를 곡률각이 90°를 넘어 180°에 이르는 새로운 형태의 디스플레이에 대한 개발과 이를 위한 차세대 디스플레이의 C-type 글라스 성형을 위한 글라스 열성형 신규공법 및 금형 기술이 요구되고 있다.

이를 위한 기존 글로벌 모바일 디스플레이 시장에 적용하고 있는 글라스 성형성기술은 금형을 유리전이온도(Glass transition temperature)까지 가열 후 압착하여 형상으로 제조하는 GMP(Glass Mold Press) 방식을 주로 적용하고 있고, 용도 및 요구되는 형상에 따라서 가압하는 방식을 달리하여, 세부적으로 자중에 의한 글라스 처짐방식과 진공흡착 방식 및 프레스 가압 방식 등으로 나눌 수 있으며, 모바일 디스플레이용 커버글라스는 요구되는 형상 정밀도 및 품질을 확보하기 위해서 프레스 가압 방식을 주로 사용되고 있다.

그러나 기존 GMP 방식은 금형 혹은 글라스 전면에 열을 가하기 때문에 글라스 전체에 접촉되는 압력에 의한 열흔이 발생하여, 글라스 전,후면을 연마하는 후공정이 필요한 문제점이 있고, 이러한 후공정으로 인하여 생산성이 현저히 낮을 뿐만 아니라 목표로 하는 C-type의 형상적 특징으로 인하여 내측면의 연마가 불가능하여 품질 확보가 어려운 문제점이 있다.

한편 C-type의 형상적 특징으로 인하여 GMP방식의 성형으로는 작업이 불가능하거나 분리형 다단 금형 작업방식을 선택해야 일부 가능한 방법이므로 품질과 생산성 향상을 기대하기 어렵고 복잡한 기술적 어려움이 있다.

또한, 열에 의한 스트레스 발생으로 구조적으로 취약해져 쉽게 파괴될 수 있기 때문에 글라스 전면에 가압 접촉식으로 열을 가하는 기존방식에서, 최소접촉식으로 곡률 성형부에만 국부적으로 열을 가하여 글라스 소성온도를 유지 및 제어할 수 있는 새로운 가열 기술이 요구되고, 아울러 기계적으로 가압하는 방식은 금형과 성형품 사이의 경계면에서 열흔을 발생하기 때문에 기존 접촉 가압방식에서 비접촉으로 간접 가압방식의 성형이 요구되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 선행기술의 일례로 특허등록 제2002363호(명칭: 레이저를 이용한 유리 및 강화유리 밴딩 방법)에 개시되었으며, 그 구성을 살펴보면 유리 및 강화 유리 밴딩방법에 있어서, 챔버의 가열수단과, 챔버 내에 설치된 성형 지그의 가열수단 구동에 의해 예열된 상태에서 가공 대상물을 상기 성형 지그의 성형 위치로 로딩하여 가공대상물을 예열하는 예열공정(S10)과, 상기 가공대상물이 로딩되면, 밴딩하고자하는 부분의 가열영역을 램프장치에 의해 가열함과 아울러 상기 가열영역을 레이저를 이용하여 밴딩하고자 하는 부분의 가열영역을 가열하는 가열공정(S20)과, 상기 가열영역의 온도를 체크하여 미리 설정된 온도에 도달되면, 롤러 포밍장치를 이용하여 가공 대상물의 가장자리를 접촉시켜 회전시키며, 포밍하는 포밍공정(S30)과, 포밍된 가공대상물을 어닐링 영역으로 이송시켜 미리 설정된 어닐링 온도로 소정시간 동안 어닐링시킨 후 챔버 외부로 언로딩시키는 어닐링 공정(S40)을 포함하되, 상기 가열공정(S20)에서, 상기 램프장치를 이용한 가열공정의 가열영역 폭이, 상기 레이저를 이용한 가열공정의 가열영역 폭보다 더 넓고, 상기 가열공정(S20)에 이용되는 레이저는, 라인 빔 광학계이고, 상기 예열공정(S10)에서는, 400 ~ 600℃로 대상물 전체를 예열하고, 상기 가열공정(S20) 중 램프장치를 이용한 가열공정에서는, 밴딩하고자하는 부분의 가열영역을 600 ~ 700℃로 가열하며, 상기 레이저를 이용한 가열공정에서는, 밴딩하고자하는 부분의 가열영역을 750 ~1000℃로 가열하고, 상기 어닐링 공정(S40)에서는, 350 ~ 400℃로 어닐링하도록 구성된다.

그러나 선행기술은 가공 대상물의 양측을 밴딩하기 위해서는 롤러 포밍장치를 이용하게 됨으로써, 결과적으로 가공 대상물과 롤러 포밍장치가 접촉된 상태로 포밍되어, 상술한 GMP 방식에서 열흔의 발생되는 문제점을 완전히 해결할 수 없었으며, 냉각 시 치수안정성이 확보되지 못하며, 아울러 선행기술은 성형지그의 구조상 가공 대상물의 양측을 한 공정에서 "C"형상으로 완전히 포밍하지 못하고 2차 공정에서 추가 작업을 진행하게 되어, 제품 품질 및 제품 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 이종 복합 광기반 국부성형을 통해 90°이상, 최대 180°까지의 엣지 곡률각을 가진 스마트 디스플레이용 C-type 형태의 글라스를 제조하고, 아울러 글라스 열성형 고정 시 금형의 열에 의해 발생하는 글라스의 열손상 및 압착에 의한 열흔의 최소화를 통한 후공정의 최소화 및 한 번의 고정으로 성형품을 얻을 수 있도록 하며, 더불어 선행기술의 문제점인 "C"형상을 자중과 열풍 그리고 서냉에 의한 최소접촉식으로 성형시켜 열흔과 열손상에 의한 파괴를 미연에 방지한 최소접촉식 C형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 C형 글라스 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 구성된다. 즉, 상부가 개방된 함체 형상으로 형성되고, 내부 온도를 상승시키는 예열히터가 설치되는 가열챔버와, 상기 가열챔버 내부에 설치된 상태에서 서보틸팅수단에 의해 회전가능하게 설치되고, 상면에는 성형대상물이 안착되는 안착부가 형성되며, 상기 안착부의 양측에는 "⊂"와 "⊃" 형상으로 각각 돌출된 C형성형부가 각각 형성되고, 상기 C형성형부에는 열풍기에서 발생한 고온과 저온의 열풍을 성형대상물 양측에 배기시켜 C형성형부에서 이탈되도록 다수의 지그벤트홀이 형성된 지그몰드와, 상기 가열챔버의 개방된 상부를 서보무빙수단을 이용하여 개폐하도록 판상으로 배치되되, 양측으로 구분하여 상기 C형성형부와 대응하는 일측 하면에는 성형대상물의 국부를 연화점 이상으로 가열하여 C형성형부를 따라 자중으로 처지도록 근적외선램프가 각각 설치되고, 타측에는 지그몰드에 안착된 성형대상물을 투시할 수 있도록 투시창이 설치된 상부캡과, 상기 상부캡이 이동하여 가열챔버에 투시창를 배치한 후, 지그몰드가 정,역회전하여 일측 또는 타측 C형성형부가 상승한 상태에서 상기 투시차을 통해 성형대상물의 일부 처진 정도를 스캔 검출 및 가열하여 자중에 의해 완전한 "C"형상으로 성형하는 레이저 3D 스캐너와, 상기 가열챔버 양측면으로 각각 일측단이 진입한 상태에서 타측단에 서보무빙수단으로 전,후진 가능하게 설치되고, 상기 일측단에 C형성형부와 대응하는 형상의 C형가이드가 형성되어 전진 시, 상기 C형성형부와 C형가이드부 사이에 이격된 에어갭이 형성되고, 상기 C형가이드부에는 C형성형부와 동시에 열풍기에서 해당 조건에 맞추어 온도 조절된 열풍을 성형대상물에 배기시켜 밀려난 양측이 에어갭 사이에 유지한 상태로 서냉되어 성형품을 제공하는 가이드벤트홀이 형성된 사이드몰드와, 상기 예열히터, 근적외선램프, 레이저 3D 스캐너, 서보틸팅수단 및 서보무빙수단의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 지그몰드 상면에 성형대상물이 안착된 상태를 진공으로 흡착하여 유지시키도록 진공흡착부가 구성된 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 가열챔버 내부를 분할 차단하도록 설치되어, 예열히터의 열손실은 낮추고, 완성된 성형품은 지그몰드에서 수평 길이방향으로 취출 시 간섭없도록 C형성형부와 대응하는 위치에 오목한 취출홈을 갖는 분할차단판이 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 투시창은 내부에 공간을 확보하도록 함체형상을 이루도록 상방향으로 돌출되어, 서보틸팅수단으로 상방향으로 회전한 C형성형부가 투시창과 간섭없도록 한 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 가열챔버의 내부를 예열히터로 예열 시, 열손실을 방지하도록 사이드몰드의 일측단이 진입한 양측 개구부를 서보무빙수단으로 전,후진에도 지속적으로 폐쇄되도록 한 것을 특징으로 한다.

나아가, 지그몰드 상면에 성형대상물을 안착시킨 후, 진공흡착부로 흡착 고정시켜 로딩하는 단계와, 상기 로딩단계 이후, 제어부가 서보무빙수단를 작동시켜 상부캡을 수평방향으로 전진시켜 가열챔버 상부를 폐쇄한 후, 예열히터를 가열하여 가열챔버 내부를 제어부의 설정온도로 예열하는 단계와, 상기 예열단계 이후, 제어부가 상부캡 하면에 설치된 근적외선램프를 작동시켜 성형대상물의 양측단의 국부를 자중에 의해 C형성형부를 따라 휘어지는 연화점 온도로 가열하는 단계와, 상기 가열단계 이후, 서보무빙수단이 상부캡을 더 전진시켜 투시창이 가열챔버 상부에 배치하는 단계와, 상기 투시창 배치단계 이후, 제어부가 서보틸팅수단을 작동시켜 지그몰드가 정회전된 상태를 이루면 레이저 3D 스캐너가 가열과 동시에 성형대상물의 처진 곡률과 온도를 스캔하여 오차범위를 벗어난 일측의 위치를 가열하여 자중에 의해 C형성형부와 일치하도록 일측 가열성형한 후, 제어부가 서보틸팅수단을 이용하여 지그몰드를 역회전된 상태에서 레이저 3D 스캐너가 일측 가열성형단계와 동일한 작업으로 성형대상물의 타측을 가열하여 양측을 가열성형하는 단계와, 상기 타측 가열성형 단계 이후, 서보틸팅수단이 지그몰드를 회전시켜 수평상태를 이룬 상태에서 제어부가 서보무빙수단을 작동시켜 양측 사이드몰드가 전진하여 C형성형부와 C형가이드부 사이가 소정의 길이로 이격된 에어갭을 형성하는 단계와, 상기 에어갭 형성단계 이후, 열풍기에 공급된 열풍이 지그벤트홀과 가이드벤트홀을 통해 배기되어 C형성형부와 접촉된 성형대상물의 양측단이 각각 밀려 에어갭으로 이탈 배치된 후, 성형대상물의 온도를 서냉하도록 열풍의 온도를 서서히 낮춰 성형품을 완성하는 단계와, 상기 성형품 완성단계 이후, 제어부가 서보무빙수단를 작동시켜 상부캡을 후진시켜 가열챔버 상부를 개방과 동시에 진공흡착를 해제한 후, 성형품을 지그몰드 길이방향으로 빼내어 가열챔버에서 취출하는 언로딩 단계를 포함한다.

또한, 상기 가열챔버를 예열하는 예열히터의 설정온도는 200℃ ~ 350℃이고, 성형대상물의 국부를 연화점 근사한 온도로 높이는 근적외선램프 가열 설정온도는 500℃ ~ 700℃이며, 서보틸팅수단으로 정,역회전으로 회전한 성형대상물의 양측을 레이저 3D 스캐너 가열성형 설정온도는 750℃ ~ 850℃로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 가열챔버의 내부를 예열한 후, 근적외선램프와 레이저 3D 스캐너로 국부를 가열함으로써, 성형을 위한 온도까지 신속하게 상승시킬 수 있고, 따라서 온도를 단계별로 상승시킴으로써, 열에 의한 스트레스 발생으로 구조적으로 취약해져 파괴되는 현상을 방지하는 효과가 있다.

또한, 지그몰드를 서보틸팅수단으로 회전가능하게 설치됨으로써, 근적외선램프의 가열로 국부를 연화점 주변온도까지 올려 성형대상물의 물러진 양단이 자중에 의해 처져 1차 밴딩 성형을 완료한 상태에서 지그몰드를 회전시켜 레이저 3D 스캐너로 성형대상불의 양측의 처진 정도를 스캔 및 검출 한 후, 더 높은 온도로 국부를 가열시켜 자중에 의해 더욱 처져 밴딩됨으로써, 완전한 "C"형상을 이룰 수 있는 효과가 있다.

즉, 상기 성형대상물의 양측을 1차 및 2차 가열과 지그몰드를 90°이상, 최대 180°회전시켜 자중에 의해 자연히 처지게 되면서 완전한 "C"형상 성형을 한 번의 공정에서 완료할 수 있다.

더불어, C형성형부와 C형가이드부 사이에 에어갭을 형성함으로써, 1차 2차 가열을 통해 지그몰드에 "C"형상으로 안착된 성형대상물의 양측에 열풍으로 이탈시킨 후, 에어갭 내부에 오차범위 내로 배치하여 치수안정성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

아울러, 상기 열풍의 온도를 서서히 낮춰 성형대상물을 서냉으로 냉각시킴으로써, 성형대상물이 급격한 온도 변화에 의한 열변형 및 파괴를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 가열챔버 내부를 분할차단판으로 성형부와 취출부로 각각 구분하여 예열이 불필요한 취출부를 제외한 성형부에만 예열할 수 있음으로써, 신속한 온도상승이 가능한 동시에 열손실 또한 방지 가능한 효과가 있다.

또한, 상기 성형품 양측에 형성된 "C"형상의 언더컷 부분이 분할차단판에 형성된 취출홈을 통해 길이방향으로 간섭없이 빼낼 수 있어 취출작업의 신속성 및 편의성을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 최소접촉식 C형 글라스 성형장치를 도시한 전면도
도 2는 본 발명에 따른 몰드가 설치된 가열챔버와 상부캡을 도시한 사시도
도 3은 도 2에서 가열챔버의 일부를 발췌하여 확대 도시한 사시도
도 4는 본 발명에 따른 최소접촉식 C형 글라스 성형장치를 도시한 평면도
도 5는 본 발명에 따른 성형대상물이 로딩되는 상태를 도시한 전단면도
도 6은 본 발명에 따른 성형대상물이 근적외선램프로 가열되는 상태를 나타낸 전단면도
도 7은 본 발명에 따른 레이저 3D 스캐너가 회전된 성형대상물의 일측을 스캔 및 가열성형하는 상태를 나타낸 전단면도
도 8은 본 발명에 따른 레이저 3D 스캐너가 회전된 성형대상물의 타측을 스캔 및 가열성형하는 상태를 나타낸 전단면도
도 9는 본 발명에 따른 사이드몰드가 전진하여 에어갭을 형성하는 상태를 도시한 전단면도
도 10은 본 발명에 따른 지그벤트홀과 가이드벤트홀이 열풍기와 연결된 상태를 도시한 전단면도
도 11은 본 발명에 따른 C형성형부가 C형가이드부 사이에 에어갭을 형성한 상태를 도시한 전단면도
도 12는 도 11의 에어갭부분을 발췌하여 확대 도시한 전단면도
도 13은 본 발명에 따른 열풍기에서 배기된 열풍으로 성형대상물의 양측면이 에어갭으로 이탈된 상태를 도시한 전단면도
도 14는 본 발명에 따른 최소접촉식 C형 글라스 성형장치를 제어하는 상태의 제어부를 나타낸 계통도
도 15는 본 발명에 따른 최소접촉식 C형 글라스 성형방법의 순서를 단계별로 나타낸 블록도

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 C형 글라스 성형장치(10)는 첨부된 도면 도 1 내지 도 4와 같이, 크게 상부가 개방된 가열챔버(100)와, 그 가열챔버(100) 내부에 회전가능하게 설치되는 지그몰드(200)와, 상기 가열챔버(100) 상부를 개폐하는 한편 성형대상물(20)을 1차 가열하는 근적외선램프(310)가 구비된 상부캡(300)과, 상기 성형대상물(20)을 스캔 및 2차 가열하여 성형을 완료하는 레이저 3D 스캐너(400)와, 상기 가열챔버(100) 양측 내부로 진입한 상태로 이동하는 사이드몰드(500)와, 상기 C형 글라스 성형장치(10)의 작동을 제어하는 제어부(600)를 포함한다.

상기 가열챔버(100)는 첨부된 도면 도 5 및 도 10과 같이, 상부가 개방된 상태의 함체 형상으로 형성되고, 내부에는 제어부(600)로 작동되는 예열히터(110)가 설치되어, 예열온도 예컨대 200℃ ~ 350℃의 설정온도로 상승시키도록 설치된다.

또한, 상기 가열챔버(100) 양측면에는 후술 할 사이드몰드(500)가 진입할 수 있도록 관통된 설치구멍이 각각 형성되고, 또한 후면에도 후술 할 서보틸팅수단(T)의 축이 관통하는 설치구멍이 형성된다.

더불어, 상기 가열챔버(100)는 최초 예열히터(110)를 통해 설정된 온도로 상승시켜야 하지만 후술 할 지그몰드(200)에 성형대상물(20)을 취출할 경우 C형성형부(220)의 언더컷이 발생함으로써, 길이방향으로 빼내야 하기 때문에 가열챔버(100)의 전,후방 길이는 성형품이 지그몰드(200)에서 이탈할 수 있는 비교적 긴 길이로 형성되어야 한다.

이러한 길이로 가열챔버(100)가 형성되면 예열온도 상승시간 및 유지비용이 불필요하게 된다. 이를 해결하기 위해서, 상기 가열챔버(100)의 내부에는 전,후방으로 분할하도록 분할차단판(120)이 설치되어, 예열히터(110)가 지그몰드(200)에 설치되는 부분 즉, 도면에서 보았을 때, 후방부분만 온도를 높여 예열되도록 구성된다.

또한, 상기 분할차단판(120) 상부 양측에는 성형품(21)의 양측 "C" 형 밴딩부분이 간섭없이 통과하여 가열챔버(100) 전방으로 취출 할 수 있도록 취출홈(121)이 형성된다.

상기 지그몰드(200)는 성형대상물(20)이 안착되어 양측을 "C"형상으로 성형되도록 가열챔버(100) 내부에 설치되는 것으로서, 후면은 제어부(600)로 설정된 각도로 회전하는 서보틸팅수단(T)과 결합된다.

또한, 상기 지그몰드(200)의 상면에는 성형대상물(20)이 안착되도록 평판 형상의 안착부(210)가 형성되고, 상기 안착부(210)의 양측에는 각각 "⊂"와 "⊃" 형상으로 볼록하게 형성되어, 성형대상물(20)의 양측을 가이드하여 밴딩하는 C형성형부(220)가 형성된다.

더불어, 상기 C형성형부(220)의 길이방향으로는 소정의 간격을 두고 지그벤트홀(221)이 형성되어, 열풍기(700)에서 공급된 온도조절된 열풍이 지그벤트홀(221)로 불어내듯 배기시켜, 후술할 C형가이드부(510)와 동시에 성형대상물(20)의 C형상으로 밴딩된 양측을 밀어 에어갭(520)으로 이탈시킨 후, 서냉시켜 성형품(21)을 완성하도록 구성된다.

또한, 상기 안착부(210)에는 성형대상물(20)이 안착된 상태를 고정할 수 있도록 진공으로 흡착하는 진공흡착부(230)가 설치되어, 지그몰드(200)가 서보틸팅수단(T)으로 회전하거나 가열 성형 시, 안착된 고정상태를 유지함으로써, 성형이 완성된 C형 글라스 제품의 치수가 오차범위를 벗어나지 않게 된다.

상기 상부캡(300)은 개방된 가열챔버(100)의 상부를 개폐하는 동시에 레이저 3D 스캐너(400)가 투가되어, 스캔 및 가열 시 내부 열손실을 방지하도록 구성된 것으로서, 판상으로 형성된 상부캡(300)은 가열챔버(100)의 측방향으로 전,후진하여 개폐되도록 서보무빙수단(M)과 연결된다.

또한, 상기 가열챔버(100)의 폭보다 2배 이상의 폭으로 형성되어, 일측 하면에서 C형성형부(220)와 마주하는 위치에 근적외선램프(310)이 설치되고, 타측에는 내부를 비추어볼 수 있도록 투시창(320)이 설치되어, 후술할 레이저 3D 스캐너(400)가 투사할 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 근적외선램프(310)는 상부캡(300) 진행 시, 가열챔버(100) 상면에 걸리지 않도록 상부캡(100) 하면 내측에 배치되어, C형성형부(220)가 위치한 하방향으로 조사하도록 구성된다.

즉, 상기 상부캡(300)이 완전히 후퇴하면 가열챔버(100)의 상부가 개방되어 지그몰드(200)에 성형대상물(20)을 안착할 수 있고, 상기 상부캡(300)이 1단 전진하면 가열챔버(100)를 폐쇄하는 동시에 근적외선램프(310)가 C형성형부(220)와 대응하는 위치에 도달하여 국부를 가열할 수 있으며, 상부캡(300)이 2단 전진하면 투시창(320)이 가열챔버(100)에 위치하여 레이저 3D 스캐너(400)가 스캔 검출 및 국부를 가열할 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 투시창(320)은 지그몰드(200)가 회전 시, 상승하는 일측 및 타측 C형성형부(220)가 회전반경에 걸려 회전이 불가능하다. 이를 해결하기 위해서 상기 투시창(320)은 상부캡(300)에서 상방향으로 돌출되되 하방향이 개방된 함체 형상으로 형성되어, 회전하는 일측 및 타측 C형성형부(220)를 내부로 수용할 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 상부캡(300) 일측 하면에 설치된 근적외선램프(Near Infrared Ray: 310)는 성형대상물(20)의 양측 상면 국부를 연화점을 넘는 온도 예컨대 500℃ ~ 700℃의 설정온도로 1차 가열하고, 이렇게 가열로 물러진 성형대상물의 양측은 자중에 의해 C형성형부(220)의 볼록면을 따라 하방향으로 처진 형상을 구현하도록 구성된다.

상기 레이저 3D 스캐너(400)는 서보무빙수단(M)을 이용하여 지그몰드(200)의 길이방향 즉, 전,후방으로 이동하면서 성형대상물(20)의 양측을 근적외선램프(310)로 국부가열한 다음 지그몰드(200)를 회전시켜 소정의 각도로 상승 한 성형대상물(20)의 일측 또는 타측 길이 전체를 스캔 검출 후, 국부를 설정온도 예컨대, 750℃ ~ 800℃로 2차 가열하여 성형대상물(20)의 양측이 자중에 의해 C형성형부(220)를 따라 밴딩되도록 자연히 처져 완전한 "C"형상을 이룰 수 있도록 구성된다.

즉, 상기 근적외선램프(310)로 성형대상물(20)의 양측을 가열하면 자중에 의해 하방향으로 약 60°~ 70°에서 밴딩되는 비교적 짧은 길이와 재료특성 및 열전달력에 의해 더 이상 처지지 않고 멈춘 상태가 되고, 이러한 상태에서 다음 단계로 지그몰드(200)를 회전시키면 성형대상물(20)의 일측 또는 타측이 상방향에 배치된 후, 레이저 3D 스캐너(400)로 국부를 스캔 검출 및 2차 가열하여 자중에 의해 자연적으로 C형성형부(220)를 따라 처지면서 밴딩되어 완전한 "C"형상을 형성할 수 있는 것이다.

또한, 상기 레이저 3D 스캐너(400)의 레이저는 글라스의 광학적 특성을 고려하여, 흡수율이 높은 원적외선 파장의 CO₂레이저를 사용한다. 상기 CO₂레이저는 분자의 진동 모드를 이용한 10.6㎛ 파장의 원전외선 기체레이저로서, 상대적으로 낮은 가격으로 고출력을 확보할 수 있는 장점이 있다.

이렇게 본 발명은 근적외선램프(310)와 레이저 3D 스캐너(400)로 이루어진 이종 복합 광원을 적용함으로써, 성형온도 도달시간 감소와 온도 균일도 향상 및 응력 발생을 억제할 수 있고, 근적외선램프(310) 광원의 다양한 출력조건에서 레이저 출력, 레이저 스캔 속도 및 궤적 변화에 따른 글라스의 부위별 고온 연성을 분석하여 문제가 발생한 성형대상물(20)의 해당부분을 분석한 온도로 집중 가열하여 일정한 칫수를 갖는 "C"형상으로 성형할 수 있다.

상기 사이드몰드(500)는 첨부된 도면 도 11 내지 도 13과 같이, 지그몰드(200)와 더불어 에어갭(520)을 형성시켜 성형대상물(20)의 양측이 에어갭(520)으로 밀려진 상태에서 서냉하여 성형품(21)을 완성하도록 구성된 것으로서, 일측단이 가열챔버(100) 양측으로 각각 진입한 상태로 타측단에 설치된 서보무빙수단(M)을 이용하여 측방향으로 전,후진 가능하게 설치된다.

또한, 상기 사이드몰드(500)의 일측단에는 지그몰드(200)에 볼록하게 형성된 C형성형부(220)와 대응하는 오목형상의 C형가이드부(510)가 형성되어, 사이드몰드(500)가 서보무빙수단(M)의 작동으로 전진하면 C형성형부(220)와 C형가이드부(510) 사이에 이격된 에어갭(520)이 형성되도록 구성된다.

더불어, 상기 C형가이드부(510)에는 길이방향으로 소정의 간격을 두고 다수의 가이드벤트홀(511)이 형성되어 열풍기(700)에서 발생 한 고온과 저온의 열풍이 불어내듯이 배기되도록 구성된다.

따라서, 상기 성형대상물(20)의 양측이 근적외선램프(310)와 레이저 3D 스캐너(400)를 거쳐 C형성형부(220)에 자중에 의해 자연적으로 밴딩된 상태에서, 상기 C형성형부(220)에 형성된 지그벤트홀(221)과 C형가이드부(510)에 형성된 가이드벤트홀(511)을 통해 열풍기(700)에서 발생한 고온의 열풍이 배기되면 풍력 및 풍압에 의해 성형대상물(20)의 양측 내면이 C형성형부(220)에서 밀려 에어갭(520)으로 이탈되고, 이때 외면은 가이드벤트홀(511)에서 배기되는 열풍의 풍력 및 풍압에 의해 저항되어 에어갭(520) 중앙부분에 배치된 상태를 이루게 된다.

여기서, 상기 성형대상물(20)의 양측이 에어갭(520) 중앙위치에 배치되도록 지그벤트홀(221)의 풍력과 가이드벤트홀(511)의 풍력의 비율은 약 50:50이거나 또는 성형대상물(20)의 양측이 C형성형부(220)에서 벗어나기 위한 풍력을 더 공급하도록 60:40 정도로 설정될 수 있는 것으로써, 이러한 풍력 설정값은 성형대상물(20)의 두께와 재료 물성치에 따라 적절히 설정하여 공급될 수 있다.

이렇게 상기 성형대상물(20)의 양측이 에어갭(520) 내부에 배치된 상태를 이루면 열풍기(700)의 온도를 서서히 낮춰진 저온의 열풍을 배기하여 성형대상물(20)이 급냉으로 인한 열변형 및 스트레스 파괴를 방지하면서 성형품(21)을 완성할 수 있다.

또한, 상기 사이드몰드(500)는 가열챔버(100)의 양측에 각각 형성된 설치구멍을 통해 삽입 된 상태에서 전,후진 하더라도 가열챔버(100)의 측면 설치구멍을 폐쇄할 수 있는 폭과 길이로 형성시켜, 예열히터(110)로 가열챔버(100)를 예열 시 내부열이 빠져나가지 않게 폐쇄하여 열손실을 억제할 수 있도록 구성된다.

상기 제어부(600)는 첨부된 도면 도 14와 같이, C형 글라스 성형장치(10)의 전체 작동을 전기적으로 연결된 상태로 제어하도록 구성된다. 즉, 상기 근적외선램프(310)의 온도조절과 레이저 3D 스캐너(400)의 동작 및 온도조절과 서보틸팅수단(T)의 각도조절 및 서보무빙수단(M)의 이동거리와 진공흡착부(230)의 흡착여부를 제어하여 성형대상물(20)이 단계별 공정을 하나의 C형 글라스 성형장치(10)에서 모두 수행하여 완성품을 생산할 수 있도록 구성된다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 최소접촉식 C형 글라스 성형장치를 이용하여 C형 글라스의 제조방법은 첨부된 도면 도 15와 같이 다음과 같다.

먼저, 상기 상부캡(300)을 서보무빙수단(M)으로 후퇴시켜 가열챔버(100)를 개방한 상태에서 지그몰드(200) 상면에 진공흡착부(230)를 작동시켜 안착된 성형대상물(20)을 고정하는 로딩 단계(S10)를 이룬다.

다음, 상기 상부캡(300)을 근적외선램프(310)가 가열챔버(100) 상부에 배치되도록 서보무빙수단(M)이 수평방향으로 전진시켜 가열챔버(100)를 폐쇄 한 상태에서 예열히터(110)를 작동시켜 설정온도는 200℃ ~ 350℃로 예열하는 단계(S20)를 이룬다.

이후, 상기 근적외선램프(310)의 설정온도를 500℃ ~ 700℃로 높여 성형대상물(20)의 양측 국부를 연화점 근사온도로 가열하면 물러진 성형대상물(20)의 양측이 C형성형부(220)를 따라 하방향으로 자중에 의해 처지게 되는 근적외선램프(310) 가열단계(S30)를 이룬다.

이때, 상기 근적외선램프(310) 가열단계(S30)에서는 성형대상물(20)의 양측 일부분 즉, 상측부분만 처져 밴딩되어, 완전한 "C"형상을 이루지 못한 불완전 상태이다.

다음. 상기 서보무빙수단(M)이 상부캡(300)을 더 전진시켜 투시창(320)이 가열챔버(100) 상부에 배치되는 투시창(320) 배치단계(S40)를 이룬다.

이후, 상기 서보틸팅수단(T)의 정,역회전 작동으로 지그몰드(200)의 일측 또는 타측을 상방향으로 회전시킨 후, 레이저 3D 스캐너(400)가 투시창(320)을 통해 투사하여 일부 밴딩 된 성형대상물(20)의 측면을 길이방향으로 스캐닝 하면서 가열하는 한편, 처진 곡률과 온도변화를 검출 한 후, 오차범위를 벗어난 해당 부분을 집중가열하면 성형대상물(20)이 자중에 의해 처지면서 C형성형부(220)로 고른 높이로 완전히 밴딩하는 레이저 3D 스캐너(400) 가열성형 단계(S50)를 이룬다.

다음, 상기 지그몰드(200)를 수평상태를 이루도록 회전한 상태에서, 서보무빙수단(M)의 작동으로 각각의 사이드몰드(500)가 전진하여 C형가이드부(510)와 C형성형부(220) 사이에 이격된 에어갭(520)을 형성하는 단계(S60)를 이룬다.

이후, 상기 열풍기(700)에 발생된 고온의 열풍이 지그벤트홀(221)과 가이드벤트홀(511)로 불어내듯 배기하여 풍력 및 풍압에 의해 C형성형부(220)에 밴딩 된 성형대상물(20)의 양측이 밀려 이탈되면서 에어갭(520) 사이에 배치한 상태에서 열풍기(700)의 열풍온도를 서서히 낮춰 서냉으로 성형대상물(20)을 냉각시켜 성형품(21)을 완성하는 단계(S70)를 이룬다.

여기서, 상기 성형대상물(20)의 양측이 오차범위내의 에어갭(520)으로 이동 한 상태에서 서냉되면 열변형 및 스트레스 영향을 받지 않아 설계 시 요구되는 오차범위로 성형할 수 있어 치수안전성을 확보할 있다.

다음, 상기 상부캡(300)을 완전히 후퇴시켜 가열챔버(100)의 상부를 개방하는 동시에 사이드몰드(500)도 지그몰드(200) 양측에서 후퇴시킨 상태에서 진공흡착부(230)를 해제하면 성형품(21)의 양측은 에어갭(520)으로 이탈된 상태로 간섭없이 지그몰드(200) 길이방향으로 취출하는 언로딩 단계(S80)를 이룬다.

여기서, 상기 성형품(21)은 C형성형부(220)의 언더컷에 의해 상방향 취출이 불가능하기 때문에 길이방향으로 빼내게 되는데 이때, 상기 성형품(21)의 양측의 "C"형상 부분은 가열챔버(100) 열손실을 방지하도록 설치된 분할차단판(120)의 취출홈(121)을 통해 간섭없이 취출될 수 있다.

이러한 단계를 거쳐 제조된 본 발명의 C형 글라스는 성형과정에서 성형대상물(20)의 양측이 자중에 의한 처짐 후, 에어갭(520)에 배치되어 C형성형부(220)와 C형가이드(510)에 비접촉됩으로써, 기존 성형 몰드의 접촉압력으로 발생하는 열흔이 발생하지 않고, 아울러 "C"형상을 형성하기 위해 근적외선램프(310)와 레이저 3D 스캐너(400)로 이루어진 이종 복합 광가열로 곡률 성형부만 국부적으로 글라스의 소성온도를 유지 및 제어할 수 있으며, 성형품(21) 양측의 "C"형상의 곡률이 언더컷에 걸려 취출 불가능한 문제를 분할차단판(120) 상단에 형성된 취출홈(121)을 통해 간섭없이 길이방향으로 가열챔버(100)에서 취출할 수 있는 유용한 최소접촉식 C형 글라스 성형장치 및 이를 이용한 C형 글라스 제조방법을 제공할 수 있는 것이다.

본 발명은 전술한 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

성형장치: 10 성형대상물: 20
성형품: 21 가열챔버: 100
예열히터: 110 분할차단판: 120
취출홈: 121 지그몰드: 200
안착부: 210 C형성형부: 220
지그벤트홀: 221 진공흡착부: 230
상부캡: 300 근적외선램프: 310
투시창: 320 레이저 3D 스캐너: 400
사이드몰드: 500 C형가이드부: 510
가이드벤트홀: 511 에어갭: 520
제어부: 600 열풍기: 700

Claims

상부가 개방된 함체 형상으로 형성되고, 내부 온도를 상승시키는 예열히터(110)가 설치되는 가열챔버(100);
상기 가열챔버(100) 내부에 설치된 상태에서 서보틸팅수단(T)에 의해 회전가능하게 설치되고, 상면에는 성형대상물(20)이 안착되는 안착부(210)가 형성되며, 상기 안착부(210)의 양측에는 "⊂"와 "⊃" 형상으로 각각 볼록하게 돌출된 C형성형부(220)가 형성되고, 상기 C형성형부(220)에는 열풍기(700)에서 온도 조절되어 발생한 열풍을 성형대상물(20) 양측에 배기시켜 C형성형부(220)에서 이탈 및 서냉되도록 다수의 지그벤트홀(221)이 형성된 지그몰드(200);
상기 가열챔버(100)의 개방된 상부를 서보무빙수단(M)을 이용하여 개폐하도록 판상으로 배치되되, 양측으로 구분하여, 상기 C형성형부(220)와 대응하는 일측 하면에는 성형대상물(20)의 국부를 연화점 근사 온도로 가열하여 C형성형부(220)를 따라 자중으로 처지도록 근적외선램프(310)가 각각 설치되고, 타측에는 지그몰드(200)에 안착된 성형대상물(20)을 투시할 수 있도록 투시창(320)이 설치된 상부캡(300);
상기 상부캡(300)이 이동하여 가열챔버(100)에 투시창(320)를 배치한 후, 지그몰드(200)가 정,역회전하여 일측 또는 타측 C형성형부(220)가 상승한 상태에서 상기 투시창(320)을 통해 성형대상물(20)의 일부 처진 정도를 스캔 검출 및 가열하여 자중에 의해 완전한 "C"형상으로 성형하는 레이저 3D 스캐너(400);
상기 가열챔버(100) 양측면으로 각각 일측단이 진입한 상태에서 타측단에 서보무빙수단(M)으로 전,후진 가능하게 설치되고, 상기 일측단에 C형성형부(220)와 대응하는 오목형상의 C형가이드부(510)가 형성되어 전진 시, 상기 C형성형부(220)와 C형가이드부(510) 사이에 이격된 에어갭(520)이 형성되며, 상기 C형가이드부(510)에는 C형성형부(220)와 동시에 열풍기(700)에서 발생한 온도 조절되어 발생한 열풍을 성형대상물(20)에 배기시켜 밀려난 양측이 에어갭(520) 사이에 유지한 상태로 서냉되어 성형품(21)을 완성하는 가이드벤트홀(511)이 형성된 사이드몰드(500);
상기 예열히터(110), 근적외선램프(310), 레이저 3D 스캐너(400), 서보틸팅수단(T), 서보무빙수단(M) 및 진공흡착부(230)의 작동을 제어하는 제어부(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소접촉식 C형 글라스 성형장치.
제 1항에 있어서,
상기 지그몰드(200) 상면에 성형대상물이 안착된 상태를 진공으로 흡착하여 유지시키도록 진공흡착부(230)가 구성된 것을 특징으로 하는 최소접촉식 C형 글라스 성형장치.
제 1항에 있어서,
상기 가열챔버(100) 내부를 분할 차단하도록 설치되어, 예열히터(110)의 열손실을 억제하고, 완성된 성형품(21)은 지그몰드(200)에서 전방 길이방향으로 취출 시, 간섭없도록 C형성형부(220)와 대응하는 위치에 오목한 취출홈(121)을 갖는 분할차단판(120)이 구성된 것을 특징으로 하는 최소접촉식 C형 글라스 성형장치.
제 1항에 있어서,
상기 투시창(320)은 내부에 공간을 확보하도록 함체형상을 이루도록 상방향으로 돌출되어, 서보틸팅수단(T)으로 상방향으로 회전하는 C형성형부(220)가 투시창(320)과 간섭없도록 한 것을 특징으로 하는 최소접촉식 C형 글라스 성형장치.
제 1항에 있어서,
상기 가열챔버(100)의 내부를 예열히터(110)로 예열 시, 열손실을 방지하도록 사이드몰드(500)의 일측단이 진입한 양측 설치구멍을 서보무빙수단(M)으로 전,후진에도 지속적으로 폐쇄하는 폭과 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 최소접촉식 C형 글라스 성형장치.
제 1항의 최소접촉식 C형 글라스 성형장치를 이용한 C형 글라스 제조방법으로써,
지그몰드(200) 상면에 성형대상물(20)을 안착시킨 후, 진공흡착부(230)로 흡착 고정시켜 로딩하는 단계(S10);
상기 로딩 단계(S10) 이후, 제어부(600)가 서보무빙수단(M)를 작동시켜 상부캡(300)을 수평방향으로 전진시켜 가열챔버(100) 상부를 폐쇄한 후, 예열히터(110)를 가열하여 가열챔버(100) 내부를 제어부(600)의 설정온도로 예열하는 단계(S20);
상기 예열 단계(S20) 이후, 제어부(600)가 상부캡(300) 하면에 설치된 근적외선램프(310)를 작동시켜 성형대상물(20)의 양측단의 국부를 자중에 의해 C형성형부(220)를 따라 휘어지는 연화점 온도로 가열하는 단계(S30);
상기 근적외선램프(310) 가열 단계(S30) 이후, 서보무빙수단(M)이 상부캡(300)을 더 전진시켜 투시창(320)이 가열챔버(100) 상부에 배치하는 단계(S40);
상기 투시창(320) 배치 단계(S40) 이후, 제어부(600)가 서보틸팅수단(T)을 작동시켜 지그몰드(200)가 정회전된 상태를 이루면 레이저 3D 스캐너(400)가 가열과 동시에 성형대상물(20)의 처진 곡률과 온도를 스캔하여 오차범위를 벗어난 일측의 위치를 가열하여 자중에 의해 C형성형부(220)와 일치하도록 일측 가열성형한 이후, 제어부(600)가 서보틸팅수단(T)을 이용하여 지그몰드(200)를 역회전시킨 상태에서 레이저 3D 스캐너(400)가 일측 가열과 동일한 작업으로 성형대상물(20)의 타측 국부를 스캔 및 가열성형하는 단계(S50);
상기 레이저 3D 스캐너(400) 스캔 및 가열성형 단계(S50) 이후, 서보틸팅수단(T)이 지그몰드(200)를 회전시켜 수평상태를 이룬 상태에서 제어부(600)가 서보무빙수단(M)을 작동시켜 양측 사이드몰드(500)가 전진하여 C형성형부(220)와 C형가이드부(510) 사이가 소정의 길이로 이격된 에어갭(520)을 형성하는 단계(S60);
상기 에어갭(520) 형성 단계(S60) 이후, 열풍기(700)에 공급된 열풍이 지그벤트홀(221)과 가이드벤트홀(511)을 통해 배기되어 C형성형부(220)와 접촉된 성형대상물(20)의 양측단이 각각 밀려 에어갭(520)으로 이탈 배치된 후, 성형대상물(20)의 온도를 서냉하도록 열풍기(700)의 온도를 서서히 낮춰 성형품(21)을 완성하는 단계(S70);
상기 성형품(21) 완성 단계(S70) 이후, 제어부(600)가 서보무빙수단(M)를 작동시켜 상부캡(300)을 후진시켜 가열챔버(100) 상부를 개방과 동시에 진공흡착부(230)를 해제한 후, 성형품(21)을 지그몰드(200) 길이방향으로 빼내어 가열챔버(100)에서 취출하는 언로딩 단계(S80);를 포함한 것을 특징으로 하는 C형 글라스 제조방법.
제 6항에 있어서,
상기 가열챔버(100)를 예열하는 예열히터(110)의 설정온도는 200℃ ~ 350℃이고, 성형대상물(20)의 국부를 연화점 근사한 온도로 높이는 근적외선램프(310) 가열 설정온도는 500℃ ~ 700℃이며, 서보틸팅수단(T)으로 정,역회전으로 회전한 성형대상물(20)의 양측을 레이저 3D 스케너(400)가 가열성형 설정온도는 750℃ ~ 850℃로 이루어진 것을 특징으로 하는 C형 글라스 제조방법.