KR20230087636A - 유리 강도 평가 장치 및 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

유리 강도 평가 장치 및 유리 강도 평가 방법에 제공된다. 유리 강도 평가 장치는 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 유리 강도 평가 장치는 지지부, 지지부 상에 배치되며, 일면에 평가 대상이 되는 유리가 배치되는 플레이트, 플레이트 상부에 배치된 고정 지그, 및 고정 지그를 플레이트의 일면을 향하는 수직 방향으로 하강시키거나 상승시키도록 구성된 동력부를 포함하되, 고정 지그는 수직 방향으로 연장된 몸체부, 몸체부의 하단으로부터 리세스되어 상측 방향으로 연장된 압입 부재 삽입부, 몸체부를 몸체부의 일측면으로부터 수직 방향과 교차하는 제1 수평 방향으로 관통하여 압입 부재 삽입부와 연결되는 2 이상의 하부 고정볼트 삽입홀, 및 각 하부 고정 볼트 삽입홀에 결합하도록 구성된 2 이상의 하부 고정볼트를 포함한다.

Description

유리 강도 평가 장치 및 평가 방법{GLASS STRENGTH EVALUATION DEVICE AND EVALUATION METHOD}
본 발명은 유리 강도 평가 장치 및 평가 방법에 관한 것이다.
유리 물품은 표시장치를 포함하는 전자 기기나 건축 자재 등에 많이 사용된다. 예를 들어, 액정표시장치(LCD: liquid crystal display), OLED(organic light-emitting diode), 전기 영동 표시 장치(EPD; electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치의 기판이나 이를 보호하는 윈도우 등에 유리 물품이 적용된다.
스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 전자 기기가 늘어나면서 그에 적용되는 유리 물품도 외부 충격에 빈번하게 노출된다. 따라서, 유리 물품을 다른 부품과 조립하기 전 또는 조립한 후, 유리 물품의 내구성을 확인하기 위해 유리 물품의 강도를 측정한다. 이와 같이, 유리 물품의 강도를 측정하는 경우, 강도 측정의 정밀성을 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유리 물품의 강도를 평가하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유리 물품의 강도를 평가하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 유리 강도 평가 장치는 지지부, 상기 지지부 상에 배치되며, 일면에 평가 대상이 되는 유리가 배치되는 플레이트, 상기 플레이트 상부에 배치된 고정 지그, 및 상기 고정 지그를 상기 플레이트의 상기 일면을 향하는 수직 방향으로 하강시키거나 상승시키도록 구성된 동력부를 포함하되, 상기 고정 지그는 상기 수직 방향으로 연장된 몸체부, 상기 몸체부의 하단으로부터 리세스되어 상측 방향으로 연장된 압입 부재 삽입부, 상기 몸체부를 상기 몸체부의 일측면으로부터 상기 수직 방향과 교차하는 제1 수평 방향으로 관통하여 상기 압입 부재 삽입부와 연결되는 2 이상의 하부 고정볼트 삽입홀, 및 상기 각 하부 고정 볼트 삽입홀에 결합하도록 구성된 2 이상의 하부 고정볼트를 포함한다.
상기 2 이상의 하부 고정볼트 삽입홀은 제1 하부 고정볼트 삽입홀 및 상기 제1 하부 고정볼트 삽입홀보다 하부에 배치되는 제2 하부 고정볼트 삽입홀을 포함할 수 있다.
상기 제1 하부 고정볼트 삽입홀과 상기 제2 하부 고정볼트 삽입홀은 상기 수직 방향을 따라 배열될 수 있다.
상기 2 이상의 하부 고정볼트 삽입홀은 내측벽에 나사홈을 포함하고, 상기 2 이상의 하부 고정볼트는 상기 나사홈에 상응하는 나사산을 포함할 수 있다.
유리 강도 평가 장치는 상기 동력부의 하부에 연결된 결합부를 더 포함하되, 상기 고정 지그는 상기 몸체부의 상단에 연결되며 상기 몸체부의 외경보다 작은 외경을 갖는 체결 헤드를 더 포함하고, 상기 결합부는 상기 체결 헤드가 수용되는 헤드 수용부를 더 포함할 수 있다.
상기 체결 헤드는 제1 측면으로부터 제2 측면을 향해 상기 수직 방향과 교차하는 제2 수평 방향으로 관통하는 헤드 고정핀 삽입홀을 포함하고, 상기 결합부는 상기 체결 헤드의 상기 제1 측면에 대응하는 제1 측면으로부터 상기 헤드 수용부를 향해 상기 제2 수평 방향으로 관통하는 제1 상부 고정핀 삽입홀 및 상기 체결 헤드의 상기 제2 측면에 대응하는 제2 측면으로부터 상기 헤드 수용부를 향해 상기 제2 수평 방향으로 관통하는 제2 상부 고정핀 삽입홀을 포함할 수 있다.
유리 강도 평가 장치는 상기 제1 상부 고정핀 삽입홀, 상기 헤드 고정핀 삽입홀 및 상기 제2 상부 고정핀 삽입홀을 가로지르는 상부 고정핀을 더 포함할 수 있다.
유리 강도 평가 장치는 상기 압입 부재 삽입부에 삽입된 압입 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 압입 부재는 상기 수직 방향으로 연장하며, 제1 단부는 상기 몸체부의 하부에 노출되고, 제2 단부는 상기 압입 부재 삽입부 내에 삽입될 수 있다.
상기 압입 부재는 상기 제1 단부에 배치되며, 볼 형상을 갖는 압입자를 포함할 수 있다.
상기 압입자의 직경은 약 0.3mm 내지 1mm일 수 있다.
상기 압입자는 크롬 합금(100Cr6)을 포함할 수 있다.
유리 강도 평가 장치는 상기 유리에 대한 하중과 상기 동력부의 하강 속도를 설정하는 하중 설정부, 및 상기 동작부의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
유리 강도 평가 장치는 상기 플레이트의 상기 일면 상에 배치되며 상기 유리에 인가된 하중 및 상기 유리의 파손을 감지하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
상기 유리는 50μm 내지 100μm의 두께를 가질 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 유리 강도 평가 방법 방법은 플레이트의 일면 상에 일면 및 타면을 갖는 유리를 배치하는 단계로서, 상기 유리의 타면 전체가 상기 플레이트의 일면에 접촉하도록 상기 유리를 배치하는 단계, 수직 방향으로 연장하고 일 단부에 볼 형상의 압입자를 포함하는 압입 부재를 상기 수직 방향으로 하강시켜 상기 압입자를 상기 유리의 상기 일면에 접촉시키는 단계, 및 상기 압입 부재를 상기 수직 방향으로 점진적으로 하강시켜 상기 압입자를 통해 상기 유리의 상기 일면에 인가되는 하중을 증가시키면서 상기 유리의 파손 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
상기 압입자의 직경은 약 0.3mm 내지 1mm일 수 있다.
상기 압입자는 크롬 합금(100Cr6)을 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 유리 강도 평가 방법은 수직 방향으로 연장하고 일 단부에 볼 형상의 제1 압입자를 포함하는 제1 압입 부재을 고정 지그에 결합하고, 상기 제1 압입 부재가 플레이트의 상부에 대향하도록 상기 플레이트의 상부에 상기 고정 지그를 배치하는 단계, 상기 플레이트의 일면 상에 일면 및 타면을 갖는 제1 유리를 배치하는 단계로서, 상기 제1 유리의 타면 전체가 상기 플레이트의 상기 일면에 접촉하도록 상기 제1 유리를 배치하는 단계, 상기 고정 지그를 하강하여 상기 제1 압입자를 상기 제1 유리의 상기 일면에 접촉시키는 단계, 및 상기 고정 지그를 상기 수직 방향으로 점진적으로 하강시켜 상기 제1 압입자를 통해 상기 제1 유리의 상기 일면에 인가되는 하중을 증가시키면서 상기 제1 유리의 파손 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
유리 강도 평가 방법은 상기 제1 유리의 파손 여부를 판단하는 단계 후에, 상기 제1 유리를 회수하고, 상기 고정 지그로부터 상기 제1 압입 부재를 분리하는 단계, 상기 수직 방향으로 연장하고 일 단부에 볼 형상의 제2 압입자를 포함하는 제2 압입 부재를 상기 고정 지그에 결합하는 단계, 상기 제2 압입 부재가 상기 플레이트의 상부에 대향하도록 상기 플레이트의 상부에 상기 고정 지그를 배치하는 단계, 상기 플레이트의 일면 상에 일면 및 타면을 갖는 제2 유리를 배치하는 단계로서, 상기 제2 유리의 타면 전체가 상기 플레이트의 상기 일면에 접촉하도록 상기 제2 유리를 배치하는 단계, 상기 고정 지그를 하강하여 상기 제2 압입자를 상기 제2 유리의 상기 일면에 접촉시키는 단계, 및 상기 고정 지그를 상기 수직 방향으로 점진적으로 하강시켜 상기 제2 압입자를 통해 상기 제2 유리의 상기 일면에 인가되는 하중을 증가시키면서 상기 제2 유리의 파손 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 유리 강도 평가 장치에 의한 평가 결과의 정확성을 향상시키며, 유사한 메커니즘을 갖는 강도 평가 방법의 평가 결과 예측이 가능한 평가 장치 및 평가 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 유리 물품이 표시 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 유리 물품의 단면도이다.
도 3은 유리 물품의 응력 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 4는 링온링 평가 장치의 개략도이다.
도 5는 링온링 평가 장치에 의한 유리 물품의 강도 측정 시 슬립 우려 영역(slip) 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 링온링 평가 장치에 의해 측정된 하중과 변위의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 유리 물품의 강도를 측정하기 위한 유리 강도 평가 장치를 도시한 정면도이다.
도 8은 고정 지그에 결합되는 압입 부재를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 자른 압입 부재의 단면도이다.
도 10은 고정 지그에 결합되는 압입 부재의 압입자 부분의 단면을 확대한 단면 확대도이다.
도 11은 유리 강도 평가 장치의 분해 사시도이다.
도 12는 유리 강도 평가 장치의 단면도이다.
도 13은 압입 부재가 결합된 고정 지그의 상하부 고정여부와 파손 하중의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 14는 일 실시예에 따른 유리 강도 평가 장치에 의한 유리 물품의 강도를 평가하는 방법의 순서도이다.
도 15 내지 도 17은 유리 강도 평가 장치에 의한 유리 물품 강도를 평가하는 과정을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 18은 유리 물품이 파손되기 직전의 표면 사진들이다.
도 19는 압입자에 의한 하중과 유리 물품의 하중 방향 변위의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 20은 다른 실시예에 따른 유리 강도 평가 방법의 순서도이다.
도 21은 하강 속도에 따른 파손 하중을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 유리 물품이 표시 장치의 커버 윈도우로 적용된 예를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 유리는 태블릿 PC, 노트북 PC, 스마트 폰, 전자 서적, 텔레비전, PC 모니터뿐만 아니라 표시 화면을 포함하는 냉장고, 세탁기 등 표시 장치를 포함하는 전자 기기에서 표시 장치를 보호하기 위한 커버 윈도우, 표시 패널용 기판, 터치 패널용 기판, 도광판과 같은 광학 부재 등으로 사용된다. 유리는 자동차 계기판 등의 커버 유리, 태양 전지용 커버 유리, 건축재의 내장재, 빌딩이나 주택의 창 등에도 사용될 수 있다.
도 1에 유리 물품(10)이 표시 장치(40)의 커버 윈도우로 적용된 예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 표시 장치(40)는 표시 패널(20), 표시 패널(20) 상에 배치된 유리 물품(10), 표시 패널(20)과 유리 물품(10) 사이에 배치되어 표시 패널(20)과 유리 물품(10)을 결합하는 광학 투명 결합층(30)을 포함할 수 있다.
표시 패널(20)은 복수의 화소를 포함하며, 각 화소에서 방출하는 빛을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 표시 장치(40)는 터치 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 터치 부재는 표시 패널(20)에 내재화되어 있을 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(20)의 표시 부재 상에 터치 부재가 직접 형성됨으로써 표시 패널(20) 자체가 터치 기능을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 터치 부재는 표시 패널(20)과 별도로 제조된 후, 광학 투명 결합층에 의해 표시 패널(20)의 상면 상에 부착될 수 있다.
표시 패널(20)의 상부에는 유리 물품(10)이 배치된다. 유리 물품(10)은 표시 패널(20)의 상부에서 표시 패널(20)을 보호한다. 폴더블 표시 장치(40)의 커버 윈도우로 사용되는 유리 물품(10)은 초박형 강화 유리일 수 있다. 초박형 강화 유리는 약 300μm 이하 또는 약 100μm 이하의 두께를 가질 수 있다.
이하, 상술한 강화된 유리 물품(10)에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 유리 물품의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 유리 물품(10)은 복수의 표면(US, RS, SS)을 포함한다. 유리 물품의 표면은 제1 표면(US), 제2 표면(RS) 및 측면(SS)을 포함할 수 있다. 평판 플레이트 형상의 유리 물품(10)에서 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)은 넓은 면적을 가진 주된 표면(예컨대, 상면과 하면)이고, 측면(SS)은 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)을 연결하는 외측 표면이 된다. 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)은 두께(t) 방향으로 서로 대향한다. 유리 물품(10)이 표시 장치의 윈도우와 같이 빛을 투과시키는 역할을 하는 경우, 빛은 주로 제1 표면(US)과 제2 표면(RS) 중 어느 하나로 진입해서 다른 하나로 투과할 수 있다.
유리 물품(10)의 두께(t)는 제1 표면(US)과 제2 표면(RS) 사이의 거리로 정의된다. 유리 물품(10)은 초박형 강화 유리 일 수 있다. 유리 물품(10)의 두께(t)는 10μm 내지 300μm의 범위일 수 있다. 일 실시예에서, 유리 물품(10)의 두께(t)는 약 100μm이거나 그보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 유리 물품(10)의 두께(t)는 약 70μm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 물품(10)의 두께(t)는 약 50μm이거나 그보다 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서 두께 약 30μm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다. 유리 물품(10)은 균일한 두께(t)를 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않고 영역별로 서로 다른 두께를 가질 수도 있다.
강화된 유리 물품(10)은 압축 영역(CSR1, CSR2)과 인장 영역(CTR)을 포함한다. 압축 영역(CSR1, CSR2)은 압축 응력이 작용하는 영역이고, 인장 영역(CTR)은 인장 응력이 작용하는 영역이다. 압축 영역(CSR1, CSR2)은 유리 물품(10)의 표면(US, RS, SS)에 인접하여 배치되고 인장 영역(CTR)은 유리 물품(10)의 내부 영역(또는 중심 영역)에 배치된다. 압축 영역은 제1 표면(US)과 제2 표면(RS) 뿐만 아니라 측면(SS)에도 인접 배치될 수 있다. 각 표면(US, RS, SS)으로부터 깊이 방향으로 연장하는 압축 영역(CSR1, CSR2)의 깊이(압축 깊이)는 대체로 균일할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 인장 영역(CTR)은 압축 영역(CSR1, CSR2)에 의해 둘러싸일 수 있다.
도 3은 유리 물품의 응력 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 3의 그래프에서 x축은 유리 물품(10)의 두께(t) 방향을 나타낸다. 도 3에서 압축 응력이 양의 값으로, 인장 응력이 음의 값으로 표시되었다. 본 명세서에서 압축/인장 응력의 크기는 그 값의 부호와 상관없는 절대값의 크기를 의미한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 유리 물품(10)은 제1 표면(US)으로부터 제1 깊이(제1 압축 깊이, DOC1)까지 확장하는 제1 압축 영역(CSR1) 및 제2 표면(RS)으로부터 제2 깊이(제2 압축 깊이, DOC2)까지 확장하는 제2 압축 영역(CSR2)을 포함한다.
제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2) 사이에는 인장 영역(CTR)이 배치된다. 도 3에 도시되지는 않았지만, 유리 물품(10)의 마주하는 측면(SS)들 사이에도 유사한 방식으로 압축 영역과 인장 영역이 배치될 수 있을 것이다.
제1 압축 영역(CSR1)과 제2 압축 영역(CSR2)은 외부 충격에 저항하여 유리 물품(10)에 크랙이 발생하거나 유리 물품(10)이 파손되는 것을 완화시킨다. 제1 및 제2 압축 영역(CSR1, CSR2)의 최대 압축 응력(CS1, CS2)가 클수록 유리 물품(10)의 강도가 큰 것으로 이해될 수 있다. 외부 충격은 통상 유리 물품(10)의 표면(US, RS, SS)을 통해 전달되므로, 유리 물품(10)의 표면(US, RS, SS)에서 최대 압축 응력(CS1, CS2)를 갖는 것이 내구성 측면에서 유리하다.
제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)는 제1 및 제2 표면(US, RS)에 형성된 크랙이나 홈이 유리 물품(10) 내부의 인장 영역(CTR)으로 전파하는 것을 저 지한다. 제1 및 제2 압축 깊이(DOC1, DOC2)가 클수록 크랙 등의 전파를 잘 저지할 수 있다.
도 3의 그래프는 제1 표면(US)과 제2 표면(RS)을 두께 방향으로 가로지르는 영역의 응력 프로파일이다. 측면(SS)은 제1 표면(US) 및 제2 표면(RS)과 유사한 이온 교환이 일어날 수 있으므로 제1 압축 영역(CSR1)과 유사한 응력 프로파일이 나타날 수 있다.
도 3에 도시된 응력 프로파일에서 제1 압축 영역(CSR1)에 대응하는 영역의 면적과 제2 압축 영역(CSR2)에 대응하는 영역의 면적의 합은 인장 영역(CTR)에 대응하는 영역의 면적의 합과 동일할 수 있다.
유리 물품(10) 전체에 걸쳐, 인장 영역(CTR)의 인장 응력은 압축 영역(CSR1, CSR2)의 압축 응력과 균형을 이룰 수 있다. 즉, 유리 물품(10) 내의 압축 응력의 총합(즉, 압축 에너지)과 인장 응력의 총합(즉, 인장 에너지)은 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 압축 영역(CSR1)의 압축 응력의 총합(즉, 제1 압축 에너지)과 제2 압축 영역(CSR2)의 압축 응력의 총합(즉, 제2 압축 에너지)의 합은 인장 영역(CTR)의 인장 응력의 총합(즉, 인장 에너지)과 동일할 수 있다. 유리 물품(10)은 내부의 인장 응력의 크기가 클수록 유리 물품(10)이 깨졌을때 파편이 격렬히 방출되고 유리 물품(10) 내부로부터 파쇄가 일어날 우려가 있다. 유리 물품(10)이 두께(t)가 약 50μm이거나 그보다 작은 초박형일 경우 인장 영역(CTR)의 두께가 충분히 확보되지 못하여 인장 응력의 크기가 클 수 있다. 따라서, 초박형의 유리 물품(10)이 파손될 경우 파편이 격렬히 방출될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 초박형 유리 물품(10)을 강화 중 또는 강화 후 서냉 과정에서 파손될 경우, 파편으로서 미세 유리 입자가 발생할 수 있다.
초박형의 유리 물품(10)의 최대 인장 응력(CT1)은 약 100 MPa 이상이거나, 약 150 MPa 이상이거나, 또는 약 200 MPa 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
유리 물품(10)의 최대 인장 응력(CT1)은 대체로 유리 물품(10)의 두께(t) 방향 중앙부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 유리 물품(10)의 최대 인장 응력(CT1)은 0.4t 내지 0.6t의 범위, 또는 0.45t 내지 0.55t의 범위의 깊이에 위치하거나, 약 0.5t의 깊이에 위치할 수 있다.
제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)는 제1 표면(US) 및 제2 표면(RS)에 형성된 크랙이나 홈이 유리 물품(10) 내부의 인장 영역(CTR)으로 전파하는 것을 저지한다. 제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)가 클수록 크랙 등의 전파를 잘 저지할 수 있다. 제1 압축 깊이(DOC1)와 제2 압축 깊이(DOC2)에 해당하는 지점은 압축 영역(CSR1, CSR2)과 인장 영역(CTR)의 경계에 해당하며, 그 응력값은 0이 된다.
유리 물품(10)은 원장 유리에 대한 강화 공정을 거쳐 상술한 바와 같은 응력 프로파일을 갖게 된다. 강화 공정의 조건에 따라 유리 물품(10)은 다른 응력 프로파일을 가질 수 있다. 응력 프로파일은 통상 유리 물품(10)의 강도를 결정하지만, 유리 물품(10)의 특성 확인을 위해 응력 프로파일의 형상과 실제 강도의 관계가 실험적으로 확인될 필요가 있다.
응력 프로파일을 형성하기 위한 공정 조건의 개발시, 이온 교환 공정의 온도, 시간, 횟수, 열처리 유무가 고려될 수 있고, 공정 조건에 따라 응력 프로파일이나 강도는 변형될 수 있다.
다만, 설계된 공정 조건에 따라 공정을 진행하더라도 원장 유리의 조성이나 상태, 공정 조건의 세부 변수 등에 따라 실제 제조된 제품은 설계된 응력 프로파일이나 강도와 다른 값을 가질 수 있으므로, 이에 대한 확인이 필요하다.
유리 물품(10)의 강도를 평가하는 방법으로 링온링 평가 방법이 예시될 수 있다. 도 4는 링온링 평가 장치의 개략도이다. 도 5는 링온링 평가 장치에 의한 유리 물품의 강도 측정 시 슬립 우려 영역(slip) 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 링온링 평가 장치(1)는 상부 링(130)과 하부 링(140)을 포함한다. 하부 링(140)은 상부 링(130)보다 더 큰 내경을 갖는다. 일 실시예에서 상부 링(130)은 약 6.3mm의 내경(RU)을 갖고, 하부 링(140)은 약 12.6mm의 내경(RD)을 가질 수 있다.
하부 링(140)과 상부 링(130)은 상하 방향으로 소정 간격 이격된 채 평행하게 배치된다. 하부 링(140)과 상부 링(130)은 모두 동일한 중심을 갖도록 배치된다.
유리 물품(10)의 강도 평가를 위해 하부 링(140)과 상부 링(130) 사이에 테스트 대상이 되는 유리 물품(10)이 끼워진다. 상부 링(130)과 하부 링(140)은 각각 상부 지그(110) 및 하부 지그(120)에 연결되며 수직 방향으로 힘을 가하는 상부 지그(110)의 가압에 의해 상부 링(130)이 하부 링(140) 측으로 압력을 가하면, 그 사이에 위치하는 유리 물품(10)의 상면은 상부 링(130)의 하면과 맞닿게 되고, 하면은 하부 링(140)의 상면과 맞닿게 되며, 그들로부터 압력을 받는다. 상부 지그(110)의 가압력이 더욱 강해지면 유리 물품(10)의 파손이 일어나며, 파손 시점의 가압력을 통해 피실험 대상인 유리 물품(10)의 강도를 평가한다.
정확한 유리 물품(10)의 강도 측정을 위해 링온링 평가 장치(1)에서 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)의 가압은 수직 방향으로 이루어진다.
도 5를 참조하면, 링온링 평가 장치(1)에 의한 유리 물품(10)의 강도 평가시 상부 링(130) 및 하부 링(140)의 테두리 면적만큼 유리 물품(10)의 표면에 압력이 가해지므로, 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)과 유리 물품(10)의 접촉면은 넓다. 일 실시예에서 상부 링(130)의 테두리 면적(W1)은 약 1.56mm의 폭을 갖고, 하부 링(140)의 테두리 면적(W1)은 약 3.4mm의 폭을 가질 수 있다.
상부 링(130)과 하부 링(140)의 내경 크기 차이에 의해 상부 링(130)이 유리 물품(10)의 상면에 압력을 가하면서 접촉하는 면과 하부 링(140)이 유리 물품(10)의 하면에 압력을 가하면서 접촉하는 면이 일치하지 않는다.
또한, 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)이 테두리 면적만큼 유리 물품(10)의 표면에 압력을 가하므로 유리 물품(10)의 표면은 복수의 가압 영역을 포함하며, 각 가압 영역에 가해지는 압력의 차이가 발생하여 유리 물품(10)의 표면 전체에 가해지는 압력의 불균형이 발생할 수 있다.
따라서 매우 얇은 두께를 갖는 유리 물품(10)의 경우 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)이 가한 압력에 의해 유리 물품(10)이 두께 방향으로 휘면서 굴곡면이 발생하는 반면, 유리 물품(10)의 표면에 압력을 가하는 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)의 단부는 유리 물품(10)과 달리 본래의 형태를 유지하므로 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)과 유리 물품(10) 사이에 들뜬 공간이 형성되면서 유리 물품(10)의 표면에 경사면이 발생할 수 있다.
유리 물품(10)의 표면에 경사면이 발생하는 경우, 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)의 단부가 유리 물품(10) 표면에 발생한 경사면에 압력을 가하면서 슬립(slip)이 발생할 수 있다.
이와 같이, 유리 물품(10)의 표면에 발생한 경사면에 의해 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)에 의한 압력이 인가되지 않는 영역이 발생할 수 있는데, 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)에 의한 압력이 인가되지 않는 영역을 슬립 우려 영역(slip)(S)라 정의한다.
결과적으로, 유리 물품(10)의 표면에 발생한 슬립 우려 영역(slip)(S)에 의해 링온링 평가 장치(1)의 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)이 유리 물품(10)에 가하는 수직방향의 힘이 정확하게 평가될 수 없다.
도 6은 링온링 평가 장치에 의해 측정된 하중과 변위의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 세로축은 링온링 평가 장치(1)에 의해 유리 물품(10)에 인가되는 하중(Load)을 나타내고, 가로축은 하중 방향의 변위(Displacement)를 나타낸다. 도 6에 도시된 그래프는 상술한 변수들 간의 상관 관계를 나타내기 위한 하나의 예로서 도시된 것이기 때문에 도시된 구체적인 수치에 제한되는 것은 아니다.
상부 링(130)이 유리 물품(10)에 가하는 하중이 증가하면서 상부 링(130)의 압입 깊이에 따른 유리 물품(10)의 변위가 증가한다. 유리 물품(10)의 변위는 상부 링(130)에 의한 하중 방향의 변위를 의미한다.
도 6을 참조하면, 하중-변위 그래프에서 하중이 증가하다 일시적으로 음의 기울기를 나타내며 하중 값이 감소하는 구간(RS)이 발생하는데, 이 구간은 상부 링(130)이 가하는 하중이 유리 물품(10)에 인가되지 않는 슬립 우려 영역(slip)(S)에 해당한다.
구체적으로 살펴보면, 도 6에 도시된 그래프상 일시적으로 음의 기울기를 나타내기 전의 구간에서는 상부 링(130)이 유리 물품(10)의 표면에 가하는 하중이 증가하면서 하중 방향의 변위도 증가하는 경향성을 나타내는데 이는 상부 링(130)에 의한 하중이 유리 물품(10)의 표면에 가하는 정확히 인가됨을 의미한다.
반면, 일시적으로 음의 기울기를 나타내며 하중 값이 감소하는 구간(RS)은 상부 링(130)이 유리 물품(10)에 가하는 하중이 증가함에도 불구하고 유리 물품(10)의 하중 방향의 변위가 일시적으로 감소하게 되는데, 이는 위에서 상술한 바와 같이, 상부 링(130)이 유리 물품(10) 표면에 발생한 경사면에 압력을 가하면서 슬립(slip)이 발생함에 따라 상부 링(130)이 유리 물품(10)의 표면에 가하는 하중이 정확히 인가되지 않는 것을 의미한다.
그래프에서 오른쪽 상부의 꼭대기점을 지나면서 직각되게 그래프가 하강하는데 하강이 시작되는 점이 유리 물품(10)의 파손 하중 값에 해당된다.
이와 같이, 링온링 평가 장치(1)에 의해서도 초박막 유리 물품(10)과 같이 얇은 두께를 갖는 유리 물품(10)의 강도를 평가하는 것이 가능하지만, 슬립(slip)이 발생하지 않는 구간과 슬립(slip)이 발생하는 구간이 모두 나타나므로, 링온링 평가 장치(1)에 의해 측정된 유리 물품(10)의 파손 하중 값이 유리 물품(10)의 실제 파손 하중값 보다 높게 측정될 수 있고, 링온링 평가 장치(1)에 의해 측정된 하중과 변위 사이의 상관 관계를 예측하는데 어려움이 있을 수 있으므로, 링온링 평가 장치(1)에 의한 유리 물품(10)의 강도를 평가 결과의 신뢰성이 저하될 수 있다.
이하, 링온링 평가 장치(1)에 의한 유리 물품(10)의 강도 측정시 유리 물품(10) 표면에 슬립 우려 영역(slip) 발생 문제를 개선한 유리 강도 평가 장치(2)를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 유리 물품의 강도를 측정하기 위한 유리 강도 평가 장치를 도시한 정면도이다.
도 7을 참조하면, 유리 강도 평가 장치(2)는 링온링 평가 장치(1)와 달리 압입 부재(300)의 압입자(330)와 유리 물품(10)의 상면이 접촉하는 면적이 링온링 평가 장치(1)의 상부 링(130) 및/또는 하부 링(140)과 유리 물품(10)의 표면이 접촉하는 면적에 비해 작고, 피실험 대상인 유리 물품(10)이 플레이트(260) 상에 배치되어 유리 물품(10)의 하면은 플레이트(260)와 전부 접촉하며, 유리 물품(10)의 하면은 플레이트(260)에 의해 전체가 지지될 수 있다.
압입자(330)가 유리 물품(10)의 상면에 압력을 가하는 작용의 반작용으로 플레이트(260)는 유리 물품(10)의 하면에 제1 방향(DR1)으로 압력을 가하고 이에 의해 유리 물품(10)의 상면과 하면의 접점이 일치할 수 있다.
따라서 압입자(330)는 유리 물품(10)의 상면에 형성된 접점에 고정되며, 압입자(330)가 유리 물품(10)에 가하는 압력은 슬립(slip)의 발생 없이 접점에 집중될 수 있다.
유리 물품(10)이 플레이트(260) 상에 배치되지 않은 상태에서 압입자(330)가 유리 물품(10)의 표면에 압력을 가하게 되면 유리 물품(10)의 하면이 플레이트(260)에 의해 지지되지 못하므로, 압입자(330)의 가압에 의해 유리 물품(10)이 두께 방향으로 휘면서 표면에 굴곡면이 발생할 수 있다.
다만, 이러한 경우에도 압입자(330)와 유리 물품(10)의 접촉하는 면적이 작아 유리 물품(10)의 표면상 임의의 한점에 압력을 가할 수 있어 슬립(slip)의 발생 없이 유리 물품(10)의 표면에 압력을 가할 수 있다.
이하, 유리 강도 평가 장치(2)의 구성에 대해서 상세히 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 설명의 편의상 상, 하, 좌, 우 방향이 정의되어 있다. 좌우 방향은 제1 방향(DR1), 상하 방향은 제2 방향(DR2)으로 정의한다. 실시예에서 언급하는 방향은 상대적인 방향을 언급한 것으로 이해되어야 하며, 실시예는 언급한 방향에 한정되지 않는다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 있어 유리 강도 평가 장치(2)는 하중 설정부(400), 제어부(500), 센서부(600), 표시 수단(700), 베이스부(280), 동력부(210), 결합부(220), 상부 고정핀(230), 고정 지그(240), 제1 하부 고정 볼트(250), 제2 하부 고정 볼트(251), 압입 부재(300), 플레이트(260), 지지부(270)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 유리 강도 평가 장치(2)의 지지부(270)는 유리 강도 평가 장치(2)의 하부에 위치하여 유리 강도 평가 장치(2)의 다른 구성들을 지지하는 역할을 할 수 있다.
동력부(210)는 일측에서 베이스부(280)와 물리적으로 연결되고 타측에서 결합부(220)와 물리적으로 연결될 수 있다.
동력부(210)는 결합부(220)와 물리적으로 결합된 고정 지그(240)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 동력부(210)의 이동 수단은 모터가 될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않는다.
결합부(220)는 고정 지그(240)의 상부 영역과 물리적으로 결합하며, 고정 지그(240)의 상부 영역은 결합부(220)와 물리적으로 결합된 상태에서 상부 고정핀(230)에 의해 고정될 수 있다. 결합부(220)는 제2 방향(DR2)으로 연장된 원통 형상을 가질 수 있다.
고정 지그(240)는 제2 방향(DR2)으로 연장된 원통 형상을 갖고, 제2 방향(DR2)과 압입 부재(300)의 길이 방향이 일치하도록 압입 부재(300)와 물리적으로 결합할 수 있다. 다만 고정 지그의 형상은 이에 제한되지 않는다.
고정 지그(240) 및 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)에 대한 상세한 설명은 후술된다.
하중 설정부(400)는 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)가 유리 물품(10)의 표면에 수직 방향으로 가하는 하중 및 하강 속도를 설정할 수 있다. 구체적으로, 하중 설정부(400)에서 동력부(210)의 모터의 회전 속도와 동력부(210)의 모터의 회전 속도에 따른 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)의 하강 속도를 설정할 수 있다.
제어부(500)는 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)가 상하 방향으로 이동하여 유리 물품(10)의 표면에 하중을 가하는 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(500)는 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)가 하중 설정부(400)에서 설정한 하중 또는 하강 속도에 따라 유리 물품(10)에 하중을 가하도록 동력부(210)의 동작을 제어할 수 있다.
플레이트(260)는 지지부(270) 상에 배치되고 지지부(270)에 물리적으로 고정된 상태일 수 있으며, 플레이트(260)의 상면은 평평하고, 일체형으로 형성되므로 분리된 면을 포함하지 않는다.
또한, 플레이트(260)의 단변 및 장변의 길이는 유리 물품(10)의 단변 및 장변의 길이보다 크며, 유리 물품(10)이 플레이트(260) 상에 전부 안착될 수 있다. 유리 물품(10)의 하면과 플레이트(260)의 상면 사이에는 아무것도 게재되지 않으므로 유리 물품(10)의 하면이 플레이트(260)의 상면과 직접 맞닿아 유리 물품(10)의 하면의 전체 면적을 지지할 수 있다.
또한, 압입 부재(300)의 압입자(330)가 플레이트(260) 상에 배치된 유리 물품(10)의 상면과 접촉하여 압력을 가할 때, 플레이트(260)의 상면도 유리 물품(10)의 하면 전체에 대해 제2 방향(DR2)으로 압력을 가하므로 플레이트(260) 상에 유리 물품(10)의 고정이 가능하다.
따라서 플레이트(260)의 상에 위치한 유리 물품(10)에 압입 부재(300)의 압입자(330)가 압력을 가할 때, 유리 물품(10)의 원래의 모양과 형태를 잘 유지할 수 있다.
센서부(600)는 플레이트(260) 상에 위치하며, 유리 물품(10) 표면에 인가된 하중 및 유리 물품(10)의 파손을 감지할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않으며 유리 강도 평가 장치(2)에 의해 측정된 기타 데이터 값을 감지할 수 있다.
센서부(600)가 유리 물품(10)의 표면에 발생한 파손을 감지하면 표시 수단(700)을 통해 사용자에게 표시하여 유리 물품(10)을 제거할 수 있도록 할 수 있다. 또한 센서부(600)에서 감지한 유리 물품(10)에 인가된 하중, 유리 물품(10)의 변위 등 측정 데이터 값이 표시 수단(700)에 표시될 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)에 대해 상세히 설명한다.
도 8은 고정 지그에 결합되는 압입 부재를 도시한 사시도이다. 도 9는 도 8의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 자른 압입 부재의 단면도이다. 도 10은 고정 지그에 결합되는 압입 부재의 압입자 부분의 단면을 확대한 단면 확대도이다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 유리 강도 평가 장치(2)의 고정 지그(240)에 결합되는 압입 부재(300)는 압입 부재 몸통부(310), 압입자 덮개부(320), 압입자 지지부(321), 압입자(330)를 포함할 수 있다.
압입 부재(300)의 일단을 기단(300A), 기단과는 반대측의 타단을 선단(300B)이라 하고, 기단에 가까운 측을 기단측, 선단에 가까운 측을 선단측이라 한다.
일 실시예에서 압입 부재(300)의 기단(300A) 부터 선단(300B) 까지의 길이(d1)는 약 149mm의 길이를 갖고, 압입자 덮개부(320)와 압입자(330)를 제외한 압입 부재 몸통부(310)의 길이는 약 140mm의 길이를 가질 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 압입 부재 몸통부(310)는 기단(300A)으로부터 선단(300B)으로 연장된 정육각형 기둥 형상이며, 압입 부재 몸통부(310)의 절단면은 정육각형의 형상을 갖는다. 또한, 압입 부재 몸통부(310)는 측면에 평탄한 면(310a)과 서로 이웃한 평탄한 면(310a)에 의해 형성되는 모서리부(310b)를 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 압입 부재(300)의 절단면의 일측 모서리부(310b)에서 대향하는 모서리(310b)부까지의 길이(d2)는 약 8mm의 길이를 가질 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 압입 부재(300)의 선단 측에 위치한 압입자 덮개부(320)는 선단(300B)으로 갈수록 직경이 작아지도록 테이퍼(taper) 형상이 부여되고, 선단(300B)에 위치하는 압입자(330)의 일부를 선단 측으로 노출시키면서 압입자(330)를 고정시킬 수 있다.
압입자 덮개부(320)는 내측에 압입자(330)가 유리 물품(10)의 표면에 압력을 가할때, 압력을 가하는 방향의 반대 방향으로 압입자(330)가 삽입되는 것을 방지하기 위해 압입자 지지부(321)를 포함하고, 압입자 지지부(321)의 내측벽은 곡면 형상을 포함하며 압입자(330)를 수용할 수 있다.
도 10을 참조하면, 압입자(330)의 형상은 전체적으로 볼 형상(Ruby ball)이나 압입자 덮개부(320)에 의해 일부가 노출되는 압입자(330)는 볼 형상의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 압입자(330)의 직경(Rf)은 약 0.3mm 내지 1mm의 범위를 가질 수 있고, 바람직하게는 약 0.7mm의 직경(Rf)을 가질 수 있다.
압입자(330)의 직경(Rf)이 약 0.3mm 미만일 경우, 압입자(330)가 유리 물품(10)의 표면에 압력을 가할 때 유리 물품(10) 표면에 가해지는 압력을 견디지 못하고 휘거나 손상되어 압입자(330)가 유리 물품(10)에 가하는 수직 방향의 힘이 정확히 평가될 수 없으며, 압입자(330)의 직경(Rf)이 약 1mm를 초과할 경우, 100um 이하 두께를 갖는 초박막 유리 물품(10)의 강도 측정시 슬립 우려 영역(slip)이 발생할 수 있다.
압입자(330)의 직경(Rf)이 약 0.7mm일 경우, 100um 이하 두께를 갖는 초박막 유리 물품(10)의 강도 평가시 발생할 수 있는 노이즈 발생을 최소화할 수 있어 파손 하중 값 등과 같은 데이터 값을 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 압입 부재(300)의 압입자(330)는 유리 물품(10) 보다 높은 영률(Young's Modulus), 푸아송비(Poisson's Ratio) 및 밀도 값을 갖고 있어 유리 물품(10)보다 높은 강성 또는 강도를 가질 수 있다.
따라서 압입자(330)의 가압력에 의해 유리 물품(10)의 표면에 파손이 발생하는 경우, 파손이 발생하기 전까지 압입자(330)가 손상되거나 변형되지 않고 유리 물품(10)이 파손시까지 압입자(330) 본래의 형태와 모양을 유지할 수 있다.
일 실시예에서 압입자(330)는 내마모성 재질의 크롬 합금(100Cr6)일 수 있으며, 내마모성 재질의 압입자(330)는 약 210(GPa)의 영률(Young's Modulus), 약 0.3의 푸아송비(Poisson's Ratio), 약 7800(kg/m3)의 밀도를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않는다.
이하, 도 11 및 도 12를 참조하여, 고정 지그(240) 및 유리 강도 평가 장치(2)의 구성간 결합관계에 대해 상세히 설명한다.
도 11은 유리 강도 평가 장치의 분해 사시도이다. 도 12는 유리 강도 평가 장치의 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 고정 지그(240)는 압입 부재 삽입부(243), 체결 헤드(241), 몸체부(242), 제1 하부 고정 볼트 삽입홀(250h), 제2 하부 고정 볼트 삽입홀(251h)을 포함할 수 있다.
압입 부재 삽입부(243)는 몸체부(242)의 하단으로부터 리세스되어 상측 방향으로 연장될 수 있다. 압입 부재 삽입부(243)는 압입 부재(300)의 폭보다 큰 직경(d9)을 갖고, 압입 부재 삽입부(243)의 제2 방향(DR2)의 길이(d6)는 압입 부재 몸통부(310) 길이의 1/2 이상의 길이를 갖거나 실질적으로 동일할 수 있다.
고정 지그(240)에 포함된 압입 부재 삽입부(243)가 압입 부재 몸통부(310)를 적어도 1/2 이상 커버하지 못하는 경우, 압입 부재(300)가 유리 물품(10)의 표면에 압력을 가할 때, 압입 부재(300)가 압입 부재 삽입부(243)에 의해 고정되지 못해 유리 물품(10)의 강도 평가시 압입 부재(300)가 휘거나 압입 부재(300)의 압입자(330)와 유리 물품(10)의 접촉면에서 슬립(slip)이 발생할 수 있다.
따라서 압입 부재 삽입부(243)의 제2 방향(DR2)의 길이(d6)에 의해 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)의 선단 측의 노출 길이(d7)가 달라질 수 있고, 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)의 선단 측의 노출 길이(d7)가 짧아질수록 고정 지그(240)에 의한 압입 부재(300)의 고정력이 향상될 수 있다.
일 실시예에서 고정 지그(240)가 압입 부재 몸통부(310)의 일부를 커버하며 압입 부재(300)의 선단측을 일부 노출한 것으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고, 다른 실시예에서 고정 지그(240)가 압입 부재 몸통부(310) 전부를 커버할 수 있다.
압입 부재(300)는 압입 부재 삽입부(243)에 삽입되어 압입 부재 삽입부(243)와 물리적으로 결합하거나 분리될 수 있고, 이에 의해 압입 부재(300)는 압입 부재 삽입부(243)와 결합 여부에 따라 탈착이 가능하므로, 고정 지그(240)에 결합되는 압입 부재(300)는 일 실시예에 따른 압입 부재(300) 이외의 압입 부재가 결합될 수 있고, 압입 부재(300)는 압입 부재 몸통부(310)의 측면과 압입 부재 삽입부(243)의 내측벽 사이에 약 1mm의 공차를 형성할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 하부 고정 볼트 삽입홀(250h) 및 제2 하부 고정 볼트 삽입홀(251h)은 고정 지그(240)의 몸체부(242)의 일면에 수직 방향을 따라 배치되고, 몸체부(242)의 일측면으로부터 수직 방향과 교차하는 제1 수평 방향으로 관통하여 압입 부재 삽입부(243)와 연결될 수 있으며, 제2 하부 고정볼트 삽입홀(251h)은 제1 하부 고정볼트 삽입홀(250h)보다 하부에 배치될 수 있다.
제1 하부 고정 볼트 삽입홀(250h) 및 제2 하부 고정 볼트 삽입홀(251h)은 내측벽에 나사홈을 포함하고, 제1 하부 고정 볼트(250) 및 제2 하부 고정 볼트(251)는 나사홈에 상응하는 나사산을 포함할 수 있다.
제1 하부 고정 볼트(250) 및 제2 하부 고정 볼트(251)는 나사홈을 포함하는 제1 하부 고정 볼트 삽입홀(250h) 및 제2 하부 고정 볼트 삽입홀(251h)에 각각 결합됨에 따라 제1 수평 방향으로 삽입되면서 몸체부(242)와 물리적으로 결합할 수 있다.
또한, 고정 지그(240)의 몸체부(242)를 관통하며 몸체부(242)와 결합한 제1 하부 고정 볼트(250)와 제2 하부 고정 볼트(251)의 끝단은 압입 부재 몸통부(310)에 포함된 평탄한 면(310a)과 접촉하면서 압입 부재(300)를 고정시키며, 제1 하부 고정 볼트(250)와 제2 하부 고정 볼트(251)에 의해 압입 부재 삽입부(243)에 결합된 압입 부재 몸통부(310)의 일측면은 압입 부재 삽입부(243)의 내측벽과 맞닿을 수 있다.
따라서 제1 하부 고정 볼트 삽입홀(250h) 및 제2 하부 고정 볼트 삽입홀(251h) 각각에 제1 수평 방향으로 삽입되는 제1 하부 고정 볼트(250)와 제2 하부 고정 볼트(251)의 삽입 길이 및/또는 삽입 각도의 미세 조절을 통해 압입 부재(300)가 정확하게 유리 물품(10)과 대향하도록 수직 방향으로 고정시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 압입 부재(300) 이외의 펜이 압입 부재 삽입부(243)에 삽입되는 경우 또는 복수회의 실험을 통해 압입 부재(300)가 변형되거나 손상된 경우에도 제1 하부 고정 볼트 삽입홀(250h) 및 제2 하부 고정 볼트 삽입홀(251h) 각각에 제1 수평 방향으로 삽입되는 제1 하부 고정 볼트(250)와 제2 하부 고정 볼트(251)의 삽입 길이 및/또는 삽입 각도의 조절을 통해 압입 부재(300)가 수직 방향으로 고정되도록 조절할 수 있다.
일 실시예에서 제1 하부 고정 볼트(250)와 제2 하부 고정 볼트(251)는 상호 동일한 볼트로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 상호 다른 2 이상의 고정 볼트를 포함할 수 있고, 제1 하부 고정 볼트(250)는 고정 지그(240)의 일측면에 배치되고, 제2 하부 고정 볼트(251) 일측면과 대향하는 타측면에 배치될 수 있다.
체결 헤드(241)는 압입 부재 몸통부(310)의 상단과 연결되어 전체적으로 제2 방향(DR2)으로 연장된 원통 형상을 가질 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
체결 헤드(241)의 제2 방향(DR2)의 길이(d4)는 몸체부(242)의 제2 방향(DR2)의 길이(d5) 보다 짧고, 체결 헤드(241)의 외경(d3)은 몸체부(242)의 외경(d8) 보다 작을 수 있다.
체결 헤드(241)는 결합부(220)에 삽입되고, 결합부(220)에 포함된 헤드 수용부(221)에 체결 헤드(241)가 수용될 수 있다.
결합부(220)는 상부 고정핀 삽입홀(220h)을 포함할 수 있다. 구체적으로 체결 헤드(241)의 제1 측면에 대응하는 제1 측면으로부터 헤드 수용부(221)를 향해 수직 방향과 교차하는 제2 수평 방향으로 관통하는 제1 상부 고정핀 삽입홀 및 체결 헤드(241)의 제2 측면에 대응하는 제2 측면으로부터 헤드 수용부(221)를 향해 제2 수평 방향으로 관통하는 제2 상부 고정핀 삽입홀을 포함할 수 있다.
제2 수평 방향은 위에서 상술한 제1 수평 방향과 동일하거나, 제1 수평 방향과 교차할 수 있다.
상부 고정핀(230)은 상부 고정핀 삽입홀(220h), 헤드 고정핀 삽입홀(241h)을 가로지르면서 결합될 수 있다. 즉, 상부 고정핀(230)은 제1 상부 고정핀 삽입홀, 헤드 고정핀 삽입홀(241h) 및 상기 제2 상부 고정핀 삽입홀을 제2 수평 방향으로 가로지르면서 고정 지그(240)의 상부 영역을 고정할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 일 실시예에서 몸체부(242)의 하부 영역의 끝단과 압입 부재 삽입부(243)의 하부 영역의 끝단이 일치하고, 고정 지그(240)의 몸체부(242)의 상부 영역의 끝단은 압입 부재 삽입부(243)의 상부 영역의 끝단보다 제2 방향(DR2)으로 더 연장되어 몸체부(242)의 제2 방향(DR2)의 길이(d5)는 압입 부재 삽입부(243)의 제2 방향(DR2)의 길이(d6)보다 길 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 몸체부(242)의 제2 방향(DR2)의 길이(d5)는 압입 부재 삽입부(243)의 제2 방향(DR2)의 길이(d6)와 갖거나 실질적으로 동일할 수 있다.
일 실시예에서 약 149mm의 제2 방향(DR2)의 길이(d1)와 약 8mm의 폭(d2)을 갖는 압입 부재(300)가 고정 지그(240)에 결합되는 경우, 압입 부재 삽입부(243)는 압입 부재(300)의 폭과 약 0.1cm의 공차를 유지하기 위해 약 8mm 내지 약 9mm의 직경(d9)을 갖고, 제2 방향(DR2)의 길이(d6)는 약 70mm 내지 약 140mm의 길이를 가질 수 있다.
몸체부(242)의 하부 영역의 끝단은 압입 부재 삽입부(243)의 하부 영역의 끝단과 일치하며, 몸체부(242)의 상부 영역의 끝단은 압입 부재 삽입부(243)의 상부 영역의 끝단 보다 제2 방향으로 더 연장될 수 있고, 제2 방향(DR2)의 길이(d5)는 약 92mm 내지 약 162mm의 길이를 가질 수 있다.
이에 따라, 압입 부재(300)의 선단측 노출 길이(d7)는 약 9mm 내지 약 79mm 일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 13은 압입 부재가 결합된 고정 지그의 상하부 고정여부와 파손 하중의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, 가로축은 압입 부재(300)가 결합되는 고정 지그(240)의 상부 고정 또는 고정 지그(240)의 상부 및 하부 고정 여부에 따른 샘플(A, B, C, D)들을 나타내고, 세로축은 상부 고정 또는 상부 및 하부 고정 여부에 따른 파손 하중 값을 나타낸다.
각 샘플(A, B, C, D)들은 압입 부재(300)가 결합된 고정 지그(240)의 상부 및 하부를 고정하는 경우에는 고정 지그(240)의 상부만 고정하는 경우 보다 파손 하중 값이 낮게 측정되는 경향성을 가진다. 도 13은 압입 부재(300)가 결합된 고정 지그(240)의 상하부 고정 여부와 파손 하중의 상관 관계를 나타내기 위한 하나의 예로서 도시된 것이기 때문에 구체적인 수치에 제한되는 것은 아니다.
위에서 상술한 바와 같이, 유리 강도 평가 장치(2)에 의해 유리 물품(10)의 강도 평가시 압입 부재(300)의 압입자(330)가 유리 물품(10)의 상면과 접촉하여 압력을 가할 때, 플레이트(260)의 상면도 유리 물품(10)의 하면에 압력을 가하면서 유리 물품(10)의 하면의 전체 면적이 플레이트(260)에 의해 지지되고, 유리 물품(10)의 상면과 하면의 접점이 일치하게 되므로, 압입 부재(300)가 결합되는 고정 지그(240)의 상부 또는 상부 및 하부 고정 여부에 따라 압입 부재(300)의 압입자(330)가 가하는 수직 방향의 힘이 다르게 평가될 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 압입 부재(300)가 결합된 고정 지그(240)가 상부 고정핀(230)에 의해 고정되는 상부 고정부만 포함하고, 제1 하부 고정 볼트(250) 및 제2 하부 고정 볼트(251)에 의해 고정되는 하부 고정부를 포함하지 않는 경우, 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)의 고정력이 약화될 수 있다. 이에 따라 압입 부재(300)가 유리 물품(10)에 수직 방향으로 압력을 가할 때, 압입자(330)가 유리 물품(10)과 접촉하면서 슬립(slip)이 발생할 수 있다.
이에 의해 압입 부재(300)의 압입자(330)가 유리 물품(10)의 표면에 가하는 수직 방향의 힘이 정확하게 평가되지 못해 노이즈가 발생할 수 있고, 결과적으로 유리 강도 평가 장치(2)에 의해 측정된 파손 하중의 결과 값이 실제 유리 물품(10)의 파손 하중 값보다 높게 측정될 수 있다.
반면, 압입 부재(300)가 결합된 고정 지그(240)가 상부 및 하부 고정부을 포함하는 경우, 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)는 제1 하부 고정 볼트(250) 및 제2 하부 고정 볼트(252)에 의해 압입 부재(300)의 수평 방향의 고정력이 향상될 수 있고, 압입 부재(300)의 압입자(330)가 유리 물품(10)의 표면에 수직 방향으로 압력을 가할 때, 고정 지그(240)가 상부 고정부만 포함하는 경우와 달리 압입자(330)와 유리 물품(10)의 접촉면에 슬립(slip)이 발생하지 않고, 압입자(330)가 유리 물품(10)의 상면에 접점을 형성하면서 유리 물품(10)의 상면에 고정될 수 있다.
따라서 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)가 고정 지그(240)의 중심축에 중심을 유지하면서 유리 물품(10)의 상면에 형성된 접점에 수직 방향으로 압력을 정확하게 인가할 수 있어, 압입자(330)가 수직 방향으로 가하는 힘을 정확하게 평가할 수 있다.
즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 고정 지그(240)의 상부 및 하부를 모두 고정하는 경우, 압입자(330)가 유리 물품(10)에 가하는 하중이 노이즈가 발생 없이 인가되므로 파손 하중 값이 낮게 측정될 수 있다.
이하, 유리 강도 평가 장치(2)에 의한 유리 물품(10)의 강도 평가 방법(100)에 대해 설명한다.
도 14는 일 실시예에 따른 유리 강도 평가 장치에 의한 유리 물품의 강도를 평가하는 방법의 순서도이다. 도 15 내지 도 17은 유리 강도 평가 장치에 의한 유리 물품 강도를 평가하는 과정을 설명하기 위한 개략도들이다. 도 18은 유리 물품이 파손되기 직전의 표면 사진들이다.
도 14를 참조하면, 우선 고정 지그(243)에 압입 부재(300)를 결합한다(S100).
고정 지그(243)에 압입 부재(300)를 결합하는 단계(S100)는 유리 강도 평가 장치(2)의 고정 지그(240)에 결합되는 압입 부재(300)를 선택하는 단계 및 압입 부재 삽입부(243)에 삽입된 압입 부재(300)의 수직 방향의 고정 여부 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 복수의 유리 물품(10)의 강도 평가를 수행하는 경우, 제1 유리 물품(10)의 파손 여부를 판단하는 단계 후에, 제1 유리 물품(10)을 회수하고, 고정 지그(240)로부터 제1 압입 부재(300)를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
고정 지그(240)에 결합되는 압입 부재(300)는 상용화된 펜 중 어느 하나일 수 있고, 잉크 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 압입 부재(300)와 다른 세로 방향의 길이 및 가로 방향의 폭을 가질 수 있으며, 압입 부재 몸통부(310)의 형상은 정육각형 기둥 형상으로 제한되지 않으며 예를 들어, 곡면을 포함하는 압입 부재, 고정 지그(240)에 결합하기 위한 전용 압입 부재를 제작하여 고정 지그(240)에 결합할 수 있다.
유리 물품(10)의 강도 평가를 위한 압입 부재(300)는 평가 대상이 되는 유리 물품(10)의 두께, 표면 상태, 수에 따라 달라 질 수 있으며, 압입 부재(300)의 선단(300B)에 위치하는 압입자(330)의 직경(Rf)은 약 0.3mm 내지 약 1.0mm 범위를 가질 수 있고, 바람직하게 약 0.7mm의 직경(Rf)을 갖는 것이 바람직하다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)가 수직 방향으로 정확하게 고정되지 않은 경우, 유리 물품(10)의 강도 평가시 노이즈가 발생하여 측정 데이터 값의 신뢰성이 저하될 수 있다.
따라서 카메라(미도시) 등 기타 장비를 통해 고정 지그(240)에 포함된 압입 부재 삽입부(243)와 결합된 압입 부재(300)의 수직 방향의 고정 여부를 확인하고, 고정 지그(240)에 포함된 제1 하부 고정 볼트 삽입홀(250h) 및 제2 하부 고정 볼트 삽입홀(251h) 각각에 제1 수평 방향으로 삽입되는 제1 하부 고정 볼트(250)와 제2 하부 고정 볼트(251)의 삽입 길이 및/또는 삽입 각도의 미세 조절을 통해 압입 부재(300)의 수직 방향의 고정 여부에 대한 정밀도를 높여 유리 강도 평가 장치(2)에 의해 측정된 데이터 값의 신뢰성을 높일 수 있다.
그 다음, 피실험 대상인 유리 물품(10)을 압입자(330)와 대향하도록 플레이트(260)의 일면에 배치한다(S200).
플레이트(260)는 스테인리스 물질을 포함할 수 있다. 유리 물품(10)을 플레이트(260) 상에 고정하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 플레이트(260) 상에 배치되는 유리 물품(10)은 초박막 유리 물품(10)으로 약 50μm 내지 약 100μm의 두께를 가질 수 있다. 유리 물품(10)의 평면상 치구는 플레이트(260)의 평면상 치구보다 작을 수 있지만, 이에 제한되지 않고 실질적으로 동일하거나 더 클 수도 있다.
다음으로, 압입 부재(300)의 압입자(330)를 유리 물품(10)의 일면에 접촉시킨다(S300).
동력부(210)가 제어부(500)에 의해 하부 방향으로 이동하면서 결합부(220)에 의해 동력부(210)와 연결된 고정 지그(240) 또한 하부 방향으로 이동하고 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)의 압입자(330)는 유리 물품(10)의 일면과 접촉한다. 압입 부재(300)의 압입자(330)가 유리 물품(10)의 표면에 접촉할 수 있다면 유리 물품(10)의 표면 위의 어느 위치로 제한되지 않는다.
이어서, 고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)의 압입자(330)가 수직 방향으로 유리 물품(10)의 표면에 하중을 인가한다(S400).
고정 지그(240)에 결합된 압입 부재(300)의 압입자(330)가 수직 방향으로 유리 물품(10)에 하중을 인가하는 단계(S300)는 유리 물품(10)의 두께를 고려하여 하중 설정부(400)에서 설정된 하중 및 하강 속도에 의해 압입자(330)가 유리 물품에 인가하는 하중을 증가 단계를 포함할 수 있다.
압입자(330)의 로딩(loading)/언로딩(unloading) 속도, 다시 말해 하강 속도는 0.1mm/min이며 유리 물품(10)의 최종 파손까지 약 10~15초의 시간이 소요된다.
도 15를 참조하면, 압입 부재(300)의 압입자(330)가 유리 물품(10)의 상면에 하중을 가하면 압입자(330)와 유리 물품(10) 상면이 접촉하는 접촉면의 중심부에는 하중 방향으로 탄성 변형(A)이 발생하고, 접촉면의 양 측면부에는 굴곡 변형(B)이 발생한다.
압입 부재(300)의 압입자 덮개부(320)에 의해 노출된 압입자(330)는 볼 형상(Ruby ball)을 포함하며, 압입자(330)와 유리 물품(10)의 상면이 접촉하는 면적이 작아 압입자(330)와 유리 물품(10)의 접촉면에 변형이 발생하더라도 압입자(330)의 표면 형상을 따라 변형이 발생하므로 압입자(330)는 유리 물품(10)의 상면에 접점을 형성하면서 유리 물품(10)과의 접촉면에 고정될 수 있다.
또한, 압입자(330)와 유리 물품(10)의 상면에 형성된 접점과 유리 물품(10)의 하면의 접점이 일치하고, 플레이트(260)에 의해 유리 물품(10) 하면 전체 면적에 압력이 가해지면서 유리 물품(10)의 하면은 플레이트(260)에 의해 전체가 지지되므로 유리 물품(10)의 하면에는 굴곡면이 발생하지 않는다.
도 15에 도시된 바와 같이, 하중 설정부(400)에 의해 유리 물품(10)의 표면에 압입자(330)가 가하는 수직 방향의 하중을 증가시키면, 유리 물품(10)은 압입자(330)의 압입 깊이에 의한 하중 방향의 변위가 증가할 수 있다.
도 16 내지 도 17을 참조하면, 유리 물품(10)에 하중이 가해지고 있는 상태로 지속적으로 압입자(330)가 가하는 수직 방향의 하중을 증가시키면, 유리 물품(10)에 균열(C)이 발생하고 결국 유리 물품(10)이 파손된다. 파손된 유리 물품(10)은 압입자(330)가 가한 하중이 인가되지 않는 부분을 포함할 수 있으며, 압입 부재(300)의 압입자(330)가 유리 물품(10)을 두께 방향으로 관통하여 플레이트(260) 표면에 하중을 인가할 수 있다.
도 18을 참조하면, 압입자(330)는 유리 물품(10)의 표면에 접점을 형성하면서 유리 물품(10)의 표면에 고정되므로 압입자(330)가 가하는 수직 방향의 하중은 유리 물품(10)의 표면에 형성된 접점에 집중될 수 있다. 이에 따라 유리 물품(10)의 표면에 발생하는 균열은 접점의 주변부에 발생하며, 접점을 중심으로한 동심원 형태의 균열이나 접점으로부터 외곽으로 연장되는 직선 형태의 균열을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 압입자(330)의 직경(Rf)이 약 0.7mm일 경우, 압입자(330)에 의해 유리 물품(10)이 파손하기 직전의 압입자(330)와 유리 물품(10) 표면의 접점 직경은 약 0.4mm일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
위와 같은 과정을 통해, 유리 물품(10)이 파손이 되었을때, 유리 물품(10)에 인가된 하중과 유리 물품(10)의 하중 방향으로의 변형으로 인한 변위를 측정한다(S500).
유리 물품(10)의 파손 하중 및 변위를 측정하는 단계(S400)는 플레이트(260)에 설치한 센서부(600)에 의해 파손을 감지하고, 유리 물품(10)이 파손될 때의 파손 하중 값은 하중 설정부(400)에서 설정한 하중값을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
유리 강도 평가 장치(2)에 의한 파손 하중과 이에 따른 변위의 측정은 수회에 걸쳐 수행된다. 예를 들어 12회의 평가를 수행하고, 이에 따른 파손 하중과 변위는 수회에 걸쳐 수행된 측정 결과의 평균치로 나타낸다. 이와 같은 측정 데이터 값은 표시 수단(700)에 표시된다.
도 19는 압입 부재에 의한 하중과 유리 물품의 하중 방향 변위의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 19를 참조하면, 그래프에서 가로축은 유리 물품(10) 표면에 가해지는 하중 방향의 변위를 나타내고, 세로축은 압입자(330)에 의해 유리 물품(10) 표면에 가해지는 하중을 나타낸다. 유리 물품(10)의 강도가 클 경우에는 큰 하중 상태에서 파손이 발생하는 반면 강도가 작을 경우에는 작은 하중 상태에서 파손이 발생하기 때문에 유리 물품(10)의 강도를 변위-하중 그래프의 비교를 통해 평가할 수 있다. 또한, 변위-하중 그래프의 기울기 값을 통해 유리 물품(10)의 강성도 평가할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, R1 구간의 가로축은 유리 강도 평가 장치(2)를 통해 측정된 유리 물품(10)의 파손시까지의 변위의 변화이며 세로축은 하중 설정부(400)를 통해 측정된 유리 물품(10)의 파손시까지의 하중의 변화이다. R1 구간에서는 압입자(330)가 유리 물품(10)에 가하는 하중이 증가하면서 압입자(330)의 유리 물품(10)의 표면에 대한 압입 깊이에 따른 유리 물품(10)의 하중 방향의 변위도 증가한다. 즉, 유리 물품(10)은 일정한 두께와 강도를 가지고 있으므로, 압입자(330)가 가하는 하중이 증가하는 동안 유리 물품(10)의 하중 방향의 변위도 계속 증가한다.
또한, R1 구간에서 압입자(330)가 유리 물품(10) 상면에 압력을 가할 때 상면에 슬립 우려 영역(slip)이 발생하지 않아 압입자(330)가 유리 물품(10)의 상면에 가하는 수직 방향의 하중이 유리 물품(10) 상면에 정확하게 인가될 수 있으므로, 그래프 상에서 하중값이 일시적으로 감소하는 구간은 나타나지 않는다.
R2 구간에서는 R1 구간과 달리 하중이 감소하는데, 일 실시예에 따른 유리 강도 평가 장치(2)에서 설정한 강도 이상을 갖는 유리 물품(10)은 일정 이상의 하중이 가해지더라도 그 형태를 유지할 것이나, 그러한 강도를 가지지 못하는 유리 물품(10)은 일정 이상의 하중이 가해지면 그 형태를 유지하지 못하고 파손이 발생하기 때문이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 오른쪽 상부의 꼭대기점(R2 구간 시작점)을 지나면서 음의 기울기를 나타내며 하중이 감소한다. 압입자(330)가 가한 하중이 감소하는 시작 점(R2 구간 시작점)을 파손 하중 값으로 측정할 수 있다.
R3 구간에서는 압입자(330)가 유리 물품(10)의 상면에 가하는 하중이 다시 증가하기 시작하는데, 이는 유리 물품(10)이 파손된 후 압입자(330)가 유리 물품(10)을 유리 물품(10)의 두께 방향으로 관통하여, 유리 물품(10) 아래에 배치되는 플레이트(260)에 압입자(330)가 하중을 가하면서 증가하는 것이다.
따라서 도 19에 도시된 그래프상에서 R1 구간 및 R2 구간이 유리 강도 평가 장치(2)에 의한 유리 물품(10)의 강도 평가와 관련하여 결과값을 도출할 수 있는 구간이며, R3 구간은 유리 물품(10) 아래에 배치되는 플레이트(260)를 가압하는 결과를 나타내는 것이므로, 유리 물품(10)의 강도 측정과는 무관한 결과값이다. R1 영역에서 중이 일시적으로 감소하는 구간(슬립 우려 영역(slip))이 발생하지 않아 유리 물품(10)에 가해지는 수직 방향의 하중을 정확하게 평가할 수 있다.
파손 하중과 이에 따른 변위를 측정하여 유리 물품(10)의 강도를 평가한다(S600).
위에서 상술한 바와 같이, 유리 물품(10)의 강도는 변위-하중 그래프에서 파손 하중 값을 통해 평가할 수 있고, 변위-하중 그래프의 기울기 값을 통해 유리 물품(10)의 강성도 평가할 수 있다.
이하, 다른 실시예들에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서 이미 설명한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호로서 지칭하고, 그 설명을 생략하거나 간략화한다.
도 20은 다른 실시예에 따른 유리 강도 평가 방법의 순서도이다. 도 21은 하강 속도에 따른 파손 하중을 나타낸 그래프이다.
도 14 및 도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 유리 물품(10)의 강도 평가 방법(200)은 유리 물품(10)의 표면에 압입 부재가 접촉하는 단계(S300) 이후에 하강 속도를 달리 하여 유리 물품의 표면에 압입 부재가 하중을 인가하는 단계(S410) 및 유리 물품(10)의 하강 속도에 따른 파손 하중을 비교하는 단계(S510)를 수행한다는 점에서 일 실시예에 따른 유리 물품(10)의 강도 평가 방법(100)과 상이하다.
더욱 구체적으로 설명하면, 본 실시예에 따른 유리 물품의 강도 평가 방법(200)은 위에서 상술한 유리 강도 평가 장치(2)의 하중 설정부(400)에서 설정된 하강 속도를 달리하여 하강 속도에 따른 유리 물품(10)의 강도를 평가할 수 있다.
본 실시예에서 하강 속도를 달리 하여 유리 물품의 표면에 압입 부재가 하중을 가하는 단계(S410)에서 유리 강도 평가 장치(2)가 유리 물품(10)에 가하는 하중의 속도는 0.1mm/min, 1.0mm/min, 10mm/min 중 어느 하나 일 수 있다.
유리 물품(10)의 파손 하중은 하강 속도에 따라 상이한 값을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 유리 물품(10)의 강도는 파손 하중값에 비례하여 달라질 수 있으므로, 하강 속도에 따른 파손 하중값을 비교하는 경우 유리 물품(10)의 강도를 비교할 수 있다.
본 실시예에 따른 유리 물품의 강도 평가 방법(200)은 복수의 유리 물품(10)을 평가할 수 있다. 예를 들어, 복수의 유리 물품(10)은 제1 샘플(S1), 제2 샘플(S2), 제3 샘플(S3), 제4 샘플(S4)을 포함할 수 있다. 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3, S4)들을 제조 공정에 따라 Slimming을 실시하지 않은 표면 상태를 갖는 유리 물품(10)들을 샘플(S1, S2, S3)들로 지정하고, Slimming을 실시한 표면 상태를 갖는 유리 물품(10)을 샘플(S4)로 구별한다. 따라서 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3)들과 샘플(S4)의 표면 상태는 다를 수 있다.
하강 속도에 따른 파손 하중을 비교하는 단계(S510)는 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들에 대하여 하강 속도를 각각 0.1mm/min, 1.0mm/min, 10mm/min으로 달리하여 유리 물품(10)에 압력을 가해 파손 하중값을 측정하고, 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들에 대한 파손 하중값을 동일한 하강 속도 하에서 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들은 동일한 하강 속도 하에서 파손 하중값이 상이할 수 있다. 이에 대해서는 도 21을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 21은 동일 또는 다른 하강 속도에서 측정한 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 파손 하중을 비교한 그래프이다. 가로축은 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들에 대한 하강 속도를 나타내고, 세로축은 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 하강 속도에 따른 파손 하중을 나타낸다. 도 21은 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 하강 속도에 따른 파손 하중을 나타낸 것이지만, 그 상관 관계를 나타내기 위한 하나의 예로서 도시된 것이기 때문에 구체적인 수치에 제한되는 것은 아니다.
도 21을 참조하면, 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들에 대한 파손 하중은 유리 물품(10)에 가하는 하강 속도가 빨라 질수록 그 값이 커질 수 있다. 즉, 수직 방향으로 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3, S4)들에 가하는 하강 속도를 증가시키면 각 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 파손 하중은 양의 방향으로 발산하는 경향을 가진다.
또, 하강 속도가 빨라 질수록 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 파손 하중 값의 차이는 더욱 커지는 경향을 가진다. 이로 인해 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 파손 하중 값을 비교하기 어려울 수 있다.
따라서 하강 속도를 0.1mm/min으로 설정하여 유리 물품(10)의 강도를 측정하였을 때, 유리 물품(10)의 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들 간의 파손 하중 값의 차이를 유의미하게 비교할 수 있다. 뿐만 아니라, 저점착 방식의 평가 방법()에 의해 제조 공정 차이에 따른 다양한 표면 상태를 갖는 유리 물품(10)의 강도 평가가 가능하다.
이하, 몇몇 실험예들을 통해 실시예들에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
<실험예 1: 유리 강도 평가 장치의 하강 속도>
유리 물품(10)의 강도 평가 방법(100)에 사용되는 유리 강도 평가 장치(2)의 하강 속도를 측정하였다. 하강 속도는 동일 시편에 대하여 각각 0.1mm/min, 1mm/min, 10mm/min으로 유지하는 방식으로 진행하였고, 각 속도별 표준 편차 및 와이블분포(Weibull p-value) 확인으로 정규분포를 검증하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다. 또한, ASTM C 1499-09 규격을 기준으로 loading rate 범위를 비교 검토하여, 평가 속도를 설정하였다.
속도(mm/min) 0.1 1 10
표준편차 0.206 0.389 0.655
p-value 0.197 0.191 0.194
표 1을 참고하면, 하강 속도를 1mm/min 또는 10mm/min으로 유지한 경우보다, 하강 속도를 0.1mm/min으로 유지한 경우에 표준 편차와 와이블분포(Weibull p-value)가 가장 낮은 값을 나타내므로, 정규분포상 하강 속도가 0.1 mm/min인 것이 합리적이다. 또한, 시편의 파단 시간까지 15초가 소요되도록 설정하였고, 평가 속도 측면에서는 링온링 평가 장치를 기준으로 0.1mm/min 또는 10mm/min 보다는 1 mm/min 조건이 적합하나, 링온링 평가 장치(1)와 유리 강도 평가 장치(2)의 면적당 가해지는 압력이 다르고, 시편의 두께를 고려한다면, 하강 속도는 0.1 mm/min인 것이 적합하다.
<실험예 2: 하강 속도에 따른 파손 하중의 측정>
Direct forming 제조 공정에 의한 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3)들과 Slimming 제조 공정에 의한 유리 물품(10)의 샘플(S4)에 대해 유리 강도 평가 장치(2)에 따라 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 파손 하중을 측정하였다. 구체적으로, 스테인레스 플레이트에 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들을 배치하고, 약 0.7mm의 직경을 갖는 압입 부재(300)의 압입자(330)로 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 표면에 압력을 가하며, 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들에 대해 하강 속도는 각각 0.1mm/min, 1mm/min, 10mm/min으로 진행하였다. 파손 하중 측정은 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들에 대해 8회를 측정하였고, 이를 평균한 값을 이용하여 표면 상태에 따른 파손 하중과의 연관성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내고, 상기 측정 결과에 따른 하중속도와 파손 하중의 관계를 도 21에 도시하였다.
Type S1 S2 S3 S4
Process Direct forming (Down draw) Slimming

Failure Load (N)		 0.1 mm/min 5.50 6.30 5.34 3.23
1 mm/min 7.40 8.60 6.41 3.70
10 mm/min 9.82 11.88 7.96 4.39
도 21 및 상기 표 2를 참조하면, Direct forming 제조 공정에 의한 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3)들이 Slimming을 실시한 유리 물품(10)의 샘플(S4) 보다 높은 파손 하중을 갖고, 이는 유리 물품(10)의 제조 방법에 따른 표면 상태가 유리 물품(10)의 파손 하중에 영향을 미치는 것을 나타낸다. 또, 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들에 대해 모든 하강 속도(0.1mm/min, 1mm/min, 10mm/min)에서 Direct forming 제조 공정에 의한 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3)이 Slimming을 실시한 유리 물품(10)의 샘플(S4) 보다 높은 파손 하중값을 갖는 경향성을 나타내고, 하강 속도가 0.1mm/min일때, 각 샘플(S1, S2, S3, S4)들의 파손 하중 값의 차이가 가장 작으므로 파손 하중값의 차이를 유의미하게 확인할 수 있다.
<실험예 3: 다른 평가 방법과의 결과 비교>
Pendrop(PDT) 평가 방법 및 Crack Initiation Load(CIL) 평가 방법에 의해 Direct forming 제조 공정에 의한 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3)들과 Slimming을 실시한 유리 물품(10)의 샘플(S4)에 대해 파손이 발생하는 높이 및 파손 하중을 측정하고, 측정 결과값을 유리 물품(10)의 강도 평가 방법(200)의 결과값과 비교하였고, 하기 표 3에 나타냈다.

Type
S1
S2
S3
S4
Process Direct forming (Down draw) Slimming



Failure Load (N)
CIL (N)		 Direct Forming
(Slimming)
1.5
(1.0)
2.5
(2.5)
1.0
(0.5)
-
(1.5)

POP (N)		 0.1 mm/min 5.50 6.30 5.34 3.23
1 mm/min 7.40 8.60 6.41 3.70
10 mm/min 9.82 11.88 7.96 4.39

PDT (cm)		 Direct Forming
(Slimming)
5.0
-
5.7
-
5.0
-
-
(1.5)
상기 표 3을 참조하면, Pendrop(PDT) 평가 방법 및 Crack Initiation Load(CIL) 평가 방법에 의한 결과값은 Direct forming 제조 공정에 의한 유리 물품(10)의 샘플(S1, S2, S3)들이 Slimming을 실시한 유리 물품(10)의 샘플(S4) 보다 높은 파손 발생 높이 및 파손 하중값을 갖는다. 이는 유리 물품(10)의 강도 평가 방법(200)의 결과값과 경향성이 일치한다.따라서 유리 물품(10)의 강도 평가 방법(200)으로 강도 외에 유사한 파괴 메커니즘을 갖는 Pendrop(PDT) 평가 방법 및 Crack Initiation Load(CIL) 평가 방법의 결과를 예측할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 링온링 평가 장치 2: 유리 강도 평가 장치
10: 유리 물품 20: 표시 패널
30: 기판 40: 지지 부재
110: 상부 지그 120: 하부 지그
130: 상부 링 140: 하부 링
210: 동력부 220: 결합부
220h: 상부 고정핀 삽입홀 230: 상부 고정핀
240: 고정 지그 241: 체결 헤드
241h: 헤드 고정핀 삽입홀 242: 몸체부
243: 압입 부재 삽입부 250: 제1 하부 고정 볼트
250h: 제1 하부 고정 볼트 삽입홀 251: 제2 하부 고정 볼트
251h: 제2 하부 고정 볼트 삽입홀 260: 플레이트
270: 지지부 280: 베이스부
300: 압입 부재 310: 압입 부재 몸통부
320: 압입자 덮개부 321: 압입자 지지부
330: 압입자 400: 하중 설정부
500: 제어부 600: 센서부
700: 표시 수단

Claims (20)

  1. 지지부;
    상기 지지부 상에 배치되며, 일면에 평가 대상이 되는 유리가 배치되는 플레이트;
    상기 플레이트 상부에 배치된 고정 지그;
    상기 고정 지그를 상기 플레이트의 상기 일면을 향하는 수직 방향으로 하강시키거나 상승시키도록 구성된 동력부를 포함하되,
    상기 고정 지그는 상기 수직 방향으로 연장된 몸체부,
    상기 몸체부의 하단으로부터 리세스되어 상측 방향으로 연장된 압입 부재 삽입부,
    상기 몸체부를 상기 몸체부의 일측면으로부터 상기 수직 방향과 교차하는 제1 수평 방향으로 관통하여 상기 압입 부재 삽입부와 연결되는 2 이상의 하부 고정볼트 삽입홀, 및
    상기 각 하부 고정 볼트 삽입홀에 결합하도록 구성된 2 이상의 하부 고정볼트를 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 2 이상의 하부 고정볼트 삽입홀은 제1 하부 고정볼트 삽입홀 및 상기 제1 하부 고정볼트 삽입홀보다 하부에 배치되는 제2 하부 고정볼트 삽입홀을 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 하부 고정볼트 삽입홀과 상기 제2 하부 고정볼트 삽입홀은 상기 수직 방향을 따라 배열되는 유리 강도 평가 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 2 이상의 하부 고정볼트 삽입홀은 내측벽에 나사홈을 포함하고, 상기 2 이상의 하부 고정볼트는 상기 나사홈에 상응하는 나사산을 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 동력부의 하부에 연결된 결합부를 더 포함하되, 상기 고정 지그는 상기 몸체부의 상단에 연결되며 상기 몸체부의 외경보다 작은 외경을 갖는 체결 헤드를 더 포함하고, 상기 결합부는 상기 체결 헤드가 수용되는 헤드 수용부를 더 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 체결 헤드는 제1 측면으로부터 제2 측면을 향해 상기 수직 방향과 교차하는 제2 수평 방향으로 관통하는 헤드 고정핀 삽입홀을 포함하고,
    상기 결합부는 상기 체결 헤드의 상기 제1 측면에 대응하는 제1 측면으로부터 상기 헤드 수용부를 향해 상기 제2 수평 방향으로 관통하는 제1 상부 고정핀 삽입홀 및 상기 체결 헤드의 상기 제2 측면에 대응하는 제2 측면으로부터 상기 헤드 수용부를 향해 상기 제2 수평 방향으로 관통하는 제2 상부 고정핀 삽입홀을 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 상부 고정핀 삽입홀,
    상기 헤드 고정핀 삽입홀 및 상기 제2 상부 고정핀 삽입홀을 가로지르는 상부 고정핀을 더 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 압입 부재 삽입부에 삽입된 압입 부재를 더 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 압입 부재는 상기 수직 방향으로 연장하며,
    제1 단부는 상기 몸체부의 하부에 노출되고,
    제2 단부는 상기 압입 부재 삽입부 내에 삽입되는 유리 강도 평가 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 압입 부재는 상기 제1 단부에 배치되며,
    볼 형상을 갖는 압입자를 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 압입자의 직경은 0.3mm 내지 1mm인 유리 강도 평가 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 압입자는 크롬 합금(100Cr6)을 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 유리에 대한 하중과 상기 동력부의 하강 속도를 설정하는 하중 설정부; 및 상기 동작부의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 플레이트의 상기 일면 상에 배치되며 상기 유리에 인가된 하중 및 상기 유리의 파손을 감지하는 센서부;를 더 포함하는 유리 강도 평가 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 유리는 50μm 내지 100μm의 두께를 갖는 유리 강도 평가 장치.
  16. 플레이트의 일면 상에 일면 및 타면을 갖는 유리를 배치하는 단계로서,
    상기 유리의 타면 전체가 상기 플레이트의 일면에 접촉하도록 상기 유리를 배치하는 단계;
    수직 방향으로 연장하고 일 단부에 볼 형상의 압입자를 포함하는 압입 부재를 상기 수직 방향으로 하강시켜 상기 압입자를 상기 유리의 상기 일면에 접촉시키는 단계; 및
    상기 압입 부재를 상기 수직 방향으로 점진적으로 하강시켜 상기 압입자를 통해 상기 유리의 상기 일면에 인가되는 하중을 증가시키면서 상기 유리의 파손 여부를 판단하는 단계를 포함하는 유리 강도 평가 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 압입자의 직경은 약 0.3mm 내지 1mm인 유리 강도 평가 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 압입자는 크롬 합금(100Cr6)을 포함하는 유리 강도 평가 방법.
  19. 수직 방향으로 연장하고 일 단부에 볼 형상의 제1 압입자를 포함하는 제1 압입 부재을 고정 지그에 결합하고,
    상기 제1 압입 부재가 플레이트의 상부에 대향하도록 상기 플레이트의 상부에 상기 고정 지그를 배치하는 단계;
    상기 플레이트의 일면 상에 일면 및 타면을 갖는 제1 유리를 배치하는 단계로서,
    상기 제1 유리의 타면 전체가 상기 플레이트의 상기 일면에 접촉하도록 상기 제1 유리를 배치하는 단계;
    상기 고정 지그를 하강하여 상기 제1 압입자를 상기 제1 유리의 상기 일면에 접촉시키는 단계; 및
    상기 고정 지그를 상기 수직 방향으로 점진적으로 하강시켜 상기 제1 압입자를 통해 상기 제1 유리의 상기 일면에 인가되는 하중을 증가시키면서 상기 제1 유리의 파손 여부를 판단하는 단계를 포함하는 유리 강도 평가 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 유리의 파손 여부를 판단하는 단계 후에, 상기 제1 유리를 회수하고,
    상기 고정 지그로부터 상기 제1 압입 부재를 분리하는 단계; 상기 수직 방향으로 연장하고 일 단부에 볼 형상의 제2 압입자를 포함하는 제2 압입 부재를 상기 고정 지그에 결합하는 단계; 상기 제2 압입 부재가 상기 플레이트의 상부에 대향하도록 상기 플레이트의 상부에 상기 고정 지그를 배치하는 단계; 상기 플레이트의 일면 상에 일면 및 타면을 갖는 제2 유리를 배치하는 단계로서,
    상기 제2 유리의 타면 전체가 상기 플레이트의 상기 일면에 접촉하도록 상기 제2 유리를 배치하는 단계; 상기 고정 지그를 하강하여 상기 제2 압입자를 상기 제2 유리의 상기 일면에 접촉시키는 단계; 및 상기 고정 지그를 상기 수직 방향으로 점진적으로 하강시켜 상기 제2 압입자를 통해 상기 제2 유리의 상기 일면에 인가되는 하중을 증가시키면서 상기 제2 유리의 파손 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 유리 강도 평가 방법.
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