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KR20160043068A - 비등온 온도 프로파일을 사용한 유리 물품을 제조하는 방법 - Google Patents

비등온 온도 프로파일을 사용한 유리 물품을 제조하는 방법 Download PDF

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KR20160043068A
KR20160043068A KR1020167006688A KR20167006688A KR20160043068A KR 20160043068 A KR20160043068 A KR 20160043068A KR 1020167006688 A KR1020167006688 A KR 1020167006688A KR 20167006688 A KR20167006688 A KR 20167006688A KR 20160043068 A KR20160043068 A KR 20160043068A
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glass article
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제밍 젱
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

일 실시예에 따라서, 3-차원 형상을 가진 유리 물품을 제조하는 방법은, 설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계 및 상기 유리 물품 블랭크를 개방-면 몰드에 결합하는 단계를 포함한다. 상기 개방-면 몰드는 상기 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가진 몰딩 영역을 포함하며, 그리고 상기 몰딩 영역 내에 비등온 온도 프로파일을 가진다. 상기 방법은 상기 유리 물품 블랭크에 따라 비등온 온도 프로파일을 유지하는 단계 및 상기 유리 물품 블랭크가 상기 유리 물품의 형상을 설정하기 위해 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역에 결합하는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 냉각시키는 단계를 더 포함한다.

Description

비등온 온도 프로파일을 사용한 유리 물품을 제조하는 방법{METHODS OF MANUFACTURING GLASS ARTICLES USING ANISOTHERMAL TEMPERATURE PROFILES}
관련 출원 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. § 119 하에 2013년 8월 15일 자로 출원된 미국 가출원 제61/866,162호의 우선권 주장 출원이고, 이때 상기 가출원의 내용은 전반적으로 참조로서 본원에 병합된다.
본 명세서는 일반적으로 유리 물품을 형상화하는 몰드, 보다 구체적으로 3-차원 형상을 가진 유리 물품에 대한 일-측면 몰드, 및 유리 물품들을 형상화하기 위해 상기 몰드를 사용한 방법에 관한 것이다.
유리 물품들은 모바일 폰들 및 태블릿들과 같은 소비자 디바이스들 상의 상호 작용식 디스플레이들을 포함한 다양한 소비자 제품들에 커버 유리들로서 포함될 수 있다. 유리 물품들이 다양한 소비자 디바이스들로 매우 널리 활용되기 때문에, 제조자들이 미적 및 기능 둘 다에 관한 설계 제한범위 (design envelope)에 박차를 가하는 경우에 유리 물품들의 기하학적인 복잡성 역시 증가된다. 예를 들면, 소정의 제품들은 유리 물품들이 복잡한 형상들, 예를 들면 디바이스의 에지들 주위에서 뒤틀리는 만곡 섹션들로 형성되는 것을 요구할 수 있고, 이로써, 원하는 기하학적인 구조를 달성하기 위해 추가 형성 동작들을 요구한다. 그러나, 소정의 제품들의 원하는 요건들은 타겟 형상으로부터 편차가 좁은 허용 오차를 따를 수 있다.
이에 따라서, 유리 물품들을 형성하는 대안적인 몰드들 및 방법들이 필요할 수 있다.
일 실시예에 따라서, 3-차원 형상을 가진 유리 물품을 제조하는 방법은 설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계 및 상기 유리 물품 블랭크를 개방-면 몰드 (open-faced mold)에 결합하는 단계를 포함한다. 상기 개방-면 몰드는 상기 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가진 몰딩 영역을 포함하며, 그리고 상기 몰딩 영역 내에 비등온 온도 프로파일을 가진다. 방법은 상기 유리 물품 블랭크에 따라 비등온 온도 프로파일을 유지하는 단계 및 상기 유리 물품의 형상을 설정하기 위해 상기 유리 물품 블랭크가 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역에 결합되는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 냉각하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예들에서, 유리 물품을 형성하는 몰딩 장치는 몰딩 영역을 포함하는 개방 면 몰드를 포함한다. 상기 몰딩 영역은 상기 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가진 접촉 면을 가진다. 복수의 벤트 홀들은 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역 내에 위치되고, 그리고 접촉 면을 통해 뻗어나간다. 상기 벤트 홀들은 진공 펌프와 유체 연통을 이룬다. 적어도 하나의 냉각수 통로는 개방-면 몰드에 위치되며, 그리고 상기 몰딩 영역에 근접하게 위치되고 상기 개방-면 몰드의 접촉 면 및 복수의 벤트 홀들로부터 유동적으로 격리된 일 부분을 포함한다. 상기 냉각수 통로는 상기 유리 물품에 걸쳐 비등온 (anisothermal) 온도 프로파일을 발생시킨다.
여전히 또 다른 실시예에서, 3-차원 형상을 가진 유리-물품을 제조하는 방법은 설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계 및 상기 유리 물품 블랭크를 개방-면 몰드에 결합하는 단계를 포함한다. 상기 개방-면 몰드는 상기 유리 물품에 대한 타겟 형상과는 다른 3-차원 형상을 가진다. 추가적으로, 상기 개방-면 몰드는 상기 몰딩 영역 내에서 비등온 온도 프로파일을 가진다. 상기 방법은 상기 유리 물품 블랭크에 따라 비등온 온도 프로파일을 유지하는 단계, 상기 유리 물품의 형상을 설정하기 위해 상기 유리 물품 블랭크가 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역에 결합되는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 점성 온도 미만의 온도로 냉각하는 단계, 및 상기 유리 물품을 상기 개방-면 몰드로부터 해제하는 단계를 더 포함한다.
다양한 실시예들의 추가 특징들 및 이점들은 이하의 상세한 설명에서 설명되며, 그리고 그 설명으로부터 기술 분야의 통상의 기술자에게 손쉽게 부분적으로 명백해질 것이며, 또는 첨부된 도면들뿐만 아니라 발명의 상세한 설명 및 다음의 청구항들을 포함하여 본원에서 기술된 실시예들을 실시함으로 인지될 것이다.
이해되어야 하는 바와 같이, 상기의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 다양한 실시예들을 기술하며, 그리고 청구된 주제 내용의 특징 및 특성을 이해하는 개요 또는 틀을 제공하기 위한 것으로 의도된다. 첨부된 도면들은 다양한 실시예들의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 그리고 이러한 명세서의 일부에 병합되고, 상기 일부를 구성한다. 도면은 본원에 기술된 다양한 실시예들을 도시하고, 도면과 함께 발명의 상세한 설명은 청구된 주제 내용의 원리 및 동작을 설명하기 위해 제공된다.
도 1a는 본원에서 도시되고 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 2 개의 휘어진 측면들을 가진 유리 물품의 상부 사시도를 개략적으로 도시하고;
도 1b는 본원에서 도시되고 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 4 개의 휘어진 측면들을 가진 유리 물품의 상부 사시도를 개략적으로 도시하고;
도 1c는 본원에서 도시되고 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 라인 A-A을 따라 도시된 도 1의 유리 물품의 상부 단면도를 개략적으로 도시하고;
도 2는 본원에서 도시되고 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 유리 온도 및 냉각 속도에 관한 유리의 완화를 개략적으로 도시하고;
도 3은 본원에서 도시되고 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 몰드 및 유리 물품의 앞면 사시도를 개략적으로 도시하고;
도 4는 본원에서 도시되고 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 면내 (in-plane) 온도 구배에 기인한 면외 (out-of-plane) 변위의 모델링 결과들을 개략적으로 도시하고;
도 5는 본원에서 도시되고 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 관통-두께 온도 구배에 기인한 면외 변위의 모델링 결과들을 개략적으로 도시하며; 그리고
도 6은 본원에서 도시되고 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 이온 교환 표면 층들을 가진 유리 물품의 상부 단면도를 개략적으로 도시한다.
다양한 실시예들을 상세하게 이제 언급할 것이고, 상기 실시예들의 예시들은 첨부된 도면들에 도시된다. 가능하다면, 동일한 참조 번호는 도면 전체 걸쳐 동일하거나 유사한 부분들을 언급하기 위해 사용될 것이다. 도 3은 본원에서 기술된 몰딩 방법들과 함께 사용되는 몰드의 실시예를 개략적으로 도시한다. 일 실시예에서, 3-차원 형상을 가진 유리 물품을 제조하는 방법은 설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계 및 유리 물품 블랭크를 개방-면 몰드에 결합하는 단계를 일반적으로 포함할 수 있다. 개방-면 몰드는 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가진 몰딩 영역을 포함하며, 그리고 몰딩 영역 내에 비등온 온도 프로파일을 가진다. 방법은 유리 물품의 형상을 설정하기 위해 유리 물품 블랭크가 개방-면 몰드의 몰딩 영역에 결합되는 동안 유리 물품 블랭크를 냉각하는 단계를 더 포함한다. 3-차원 형상들을 가진 유리 물품들을 제조하는 방법들뿐만 아니라, 그에 사용되는 몰드들의 다양한 실시예들은 도면을 참조하여 본원에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
이제, 도 1a-1c를 참조해 보면, 본원에 따라 제조된 유리 물품들이 도시된다. 유리 물품들은 스마트폰들 또는 태블릿 컴퓨터들과 같은 소비자 제품들로 통합될 수 있다. 다양한 기법들은 유리 물품 (100)을 형성하기 위해 이용될 수 있고, 그 결과 유리 물품은 3-차원 형상을 가진다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "3-차원 형상" 문구는 유리 물품이 평면으로부터 적어도 부분적으로 벗어난 형상을 일반적으로 가지는 것을 의미한다. 예를 들면, 제한함 없이, 유리 물품 (100)은 다수의 3-차원 형상들 중 하나, 예를 들면, 도 1a에 도시된 바와 같이, 에지들 (102a, 102b)이 중앙 부분으로부터 만곡된 썰매 형상, 또는 도 1b에 도시된 바와 같이, 에지들 (104a, 104b, 104c, 104d)이 중앙 부분으로부터 만곡된 접시 형상을 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 유리 물품 (100)은 또한 도 1c에 개략적으로 도시된 유리 물품 (100)의 단면도로 도시된, 실질적인 평탄 구역 (106)을 또한 가질 수 있다. 본원에서 기술된 형성 기법들을 이용하는 것은, 평면 구성으로부터의 편차가 낮은, 예를 들면, 유리 물품 (100)의 중앙 부분에 걸친 약 200 μm 이하인 양만큼 낮은, 실질적인 평탄 구역을 가진 유리 물품을 제공할 수 있다.
유리 물품 (100)의 강도 및 기계적인 신뢰성은 그의 표면 결함 또는 결함 크기 밀도 분포, 및 시간에 따른 응력에 대한 물질의 점증적 노출의 함수 있다. 예를 들면, 도 1a 또는 도 1b에 도시된 유리 물품 (100)은 제조 동안, 예를 들면, 형성, 몰딩 및 폴리싱에 의해 일어난 다양한 종류들의 열 및 기계적 응력들을 받을 수 있다. 특히, 유리 물품 (100)은 몰드의 몰딩 영역의 윤곽이 높은 부분 (highly contoured portion)에 근접한 위치들에서의 (예를 들면, 굽음 에지들 (102a 및 102b) 근방의 지점들에서의) 고 응력 필드 (field), 및 몰드의 몰딩 영역의 윤곽이 덜한 부분들에 근접한 위치들에서의 (예를 들면, 도 1c에 도시된 실질적인 평탄 구역 (106) 근방의 지점들에서의) 저 응력 필드를 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리 물품 (100)은 강화 공정들 동안, 예를 들면, 이온 교환 공정에서 응력들을 더 받는다.
일 예시에서, 유리 물품 (100)은 유리에서 면내 및 관통 (through)-두께 열 구배에 기인한 응력을 받는다. 그러한 열 구배들은, 유리 물품 블랭크 (101)가 유리 물품 (100)으로 형성될 시에, 유리 물품 블랭크 (101) (도 3에 도시됨)가 받는 서로 다른 가열 및 냉각 속도들에 기인할 수 있다. 예를 들면, 이러한 열 구배들은 유리 물품 (100)을 형성하기 위해 사용된 (도 3에 도시된) 몰드 (300)로부터의 유리 물품 블랭크 (101), 몰드의 중앙 및 몰드의 에지의 서로 다른 가열 및 냉각 속도들, 유리 물품 블랭크 (101)와 몰드 (300) 사이의 서로 다른 접촉 조건들 등에 전달될 수 있다. 이러한 열 구배들은 유리 물품 (100)으로 내부 응력들을 유도하고 그리고/또는 유리 물품 (100)의 원치 않는 왜곡들 또는 뒤틀림을 일으킬 수 있다. 그러나, 열 구배들은 유리 물품 (100)에서 제어된 왜곡들 또는 뒤틀림을 전달하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 다양한 실시예들에서, 열 구배들은 유리 물품 블랭크 (101)가 원하는 3-차원 형상으로 휘어지도록 할 수 있다. 이러한 열 구배들이 온도의 특정 범위 내에서 유리 물품 블랭크 (101)로 도입될 시에, 유리 물품 (100)은, 유리 물품 (100)이 냉각되도록 허용된 후에, 휘어진 상태로 설정될 수 있다. 휘어짐은 이로 인해 유리 물품 (100)의 최종 3-차원 형상을 변형시킨다. 대안적으로, 열 구배들은 후속 제조 공정들에 의해 일어난 유리 물품 (100)의 차후 휘어짐을 보상하기 위해서, 설계 공차들을 초과한 유리 물품에, 제어된 왜곡들 또는 뒤틀림을 전달하기 위해 이용될 수 있다.
도 2는 본원에 기술된 하나 이상의 실시예들에 따른 냉각 속도의 함수로서 유리 조성물의 완화를 도시한 플롯이다. 플롯에서, x-축은 (초당 (s) 섭씨 온도 (C)로) 냉각 속도를 나타내는 반면, y-축은 (섭씨 온도 (C)로) 설정 존 온도를 나타낸다. 이해되어야 하는 바와 같이, 그래프 상에 제시된 값들은 현실적으로 도시한 것이며, 그리고 유리 조성물에 따라 변화할 수 있다. 상기 플롯은 점성 존 (202), 점탄성 또는 설정 존 (204), 및 탄성 존 (206)을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 점성 존 (202)은 유리에서 약 95% 보다 큰 응력들이 완화되는 상태를 지칭한다. 점탄성 또는 설정 존 (204)은 유리에서 약 90%의 압축 응력들 내지 약 10%의 압축 응력들이 완화되는 상태를 지칭한다. 탄성 존 (206)은 유리에서 약 5%보다 작은 압축 응력들이 완화되는 상태를 지칭한다. 일부 실시예들에서, 인용된 점성 존들 사이의 경계들은 특정 실시예에 의존하여 변화될 수 있다. 예를 들면, 점성 존과 점탄성 존 사이의 변환 (transition)은 약 90% 내지 약 95% 완화에서 일어날 수 있으며, 그리고 점탄성 존과 탄성 존 간의 변환은 약 5% 내지 약 10% 완화에서 일어날 수 있다.
유리 물품 블랭크 (101)가 유리 물품으로 형성될 시에, 유리 물품 블랭크 (101)는, 유리 물품 블랭크 (101)가 탄성 존 (206)에 더 이상 있지 않은 온도로 가열된다. 다양한 실시예들에서, 유리 물품 블랭크 (101)는 설정 온도를 초과한 온도까지 가열된다. 주어진 냉각 속도에 대해, 설정 온도는, 응력들이 유리에 전개될 수 있는 온도이다. 유리 물품 블랭크 (101)가 가열되는 온도는 다양한 팩터들에 의존하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리 물품 블랭크 (101)가 설정 온도를 초과한 온도까지 가열될 시에, 유리 물품 블랭크 (101)는 점성 존 (202) 또는 점탄성 존 (204)에 들어간다. 가열되면, 유리 물품 블랭크 (101)는 형상화를 위해 몰드 (300)로 들어간다.
도 3은 본원에서 기술된 하나 이상의 실시예들에 따라서, 3-차원 형상을 가진 유리 물품을 형성하는 몰드 (300)의 일 예시를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 몰드 (300)는 개방-면을 향한 단일-측면 몰드 형성부 (302)를 포함한다. 몰드 형성부 (302)는 알루미늄, 니켈, 주철, 또는 청동과 같은 임의의 적합한 물질로 구성될 수 있으며, 그리고 내부식성 코팅물 또는 열 장벽 코팅물로 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다. 몰드 형성부 (302)는 접촉 면 (306)을 가진 몰딩 영역 (304)을 포함한다. 접촉 면 (306)은, 형성될 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가진다. 접촉 면 (306)의 3-차원 형상이 일반적으로 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하지만, 접촉 면 (306)의 형상은 유리 물품의 최종 설계 형상과는 다를 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 유리 물품 (100)에서의 온도 구배들 및 유리 물품 블랭크 (101)가 냉각되는 속도는 유리 물품 블랭크 (101)가 뒤틀리게 할 수 있어, 유리 물품 (100)은 몰딩 영역 (304)의 접촉 면 (306)의 형상과는 다른, 그러나 일반적으로는 대응하는 형상을 가진다. 접촉 면 (306)의 형상이 유리 물품 (100)의 최종 설계 형상과는 다른 양은 형성 이후에 이행된, 화학적 강화 등의 공정 단계들에 도입된 뒤틀림에 의존한다.
복수의 벤트 홀들 (308)은 개방-면 몰드 형성부 (302)의 몰딩 영역 (304) 내에 위치되며, 그리고 접촉 면 (306)을 통하여 뻗어난다. 벤트 홀들 (308)은 진공 펌프 (310)와 연통하는 유체 내에 있다. 벤트 홀들 (308)은, 유리 물품 블랭크 (101)가 몰드 형성부 (302) 맞은편의 유리 물품 블랭크 (101)의 면과 접촉함 없이, 유리 물품 블랭크 (101)에 걸친 압력 불균형에 의해 몰드 (300)와 밀접한 접촉으로 유지되도록 할 수 있다. 유리 물품 블랭크 (101)와의 접촉을 감소시키는 것 또는 제거시키는 것은 최종 유리 물품 (100)에 나타난 결함들을 감소시킬 수 있다.
다양한 실시예들에서, 몰드 (300)는 유리 물품 블랭크 (101)가 결합되기 전에 상승 (elevated) 온도로 가열된다. 일부 실시예들에서, 몰드 (300)는 유리의 설정 온도 아래인 주변 온도를 초과한 온도로 가열된다. 몰드 (300)는 다양한 종래의 기법들 중 어느 하나를 사용하여 가열될 수 있다. 예를 들면, 가열 소자들은 노의 천정에 위치될 수 있고, 몰드의 에지들과 매우 근접하여 몰드 위에 위치될 수 있고, 또는 몰드에 내장될 수 있다. 상기와 같은 가열 소자들은 탄화 규소, 텅스텐, 니크롬 등으로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 방출판 (emitter plate)은 보다 균일한 열을 제공하기 위해 천장에 장착된 가열 소자들과 함께 사용될 수 있다. 가열된 유리 물품 블랭크 (101)는 몰드 (300)의 몰딩 영역 (304)으로 도입되며, 그리고 진공 펌프는 가열된 접촉 면 (306)과 접촉하는 가열된 유리 물품 블랭크 (101)를 데리고 오기 위해 벤트 홀들 (308)을 통해 유체를 끌어당긴다. 유리 물품 블랭크 (101)는 접촉 면 (306)을 따라서, 진공 펌프 (310)에 의해 생성된 적어도 부분적인 진공에 의해 몰드 형성부 (302) 상에서 제 위치에 유지된다.
몰드 (300)는 파선에 의해 도 3에 도시된 적어도 하나의 냉각수 통로 (312)를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 냉각수 통로 (312)는 몰딩 영역 (304)에 인접한 위치들에서 몰드 형성부 (302)에 유체 냉각 스트림을 제공할 수 있다. 냉각수 통로 (312)는 사형 패턴 (serpentine pattern) (도 3에 도시된 바와 같음), 소용돌이 패턴, 또는 접촉 면 (306)에 걸친 원하는 온도 프로파일을 발생시키는 또 다른 패턴으로 몰드 (300)에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체 냉각 스트림은 몰드 (300)가 동작하는 온도 범위에서 몰드 (300)에 대한 불활성 가스, 예를 들면 공기, 질소, 헬륨, 네온 등을 포함할 수 있지만, 다른 유체 냉각 스트림들, 및 다른 냉각 메커니즘들도 이용될 수 있다. 제시된 실시예에서, 냉각수 통로 (312)는, 몰딩 영역 (304)과 근접하게 위치되고 몰드 (300)의 접촉 면 (306) 및 벤트 홀들 (308)로부터 유동적으로 분리되는 일 부분을 포함한다. 이에 따라서, 유체 냉각 스트림이 냉각수 통로 (312)로 도입될 시에, 냉각수 통로 (312)는 유체 냉각 스트림을 이용하여 몰딩 영역 (304)에 근접한 몰드 (300)의 일 부분을 냉각한다. 냉각수 통로 (312)는 접촉 면 (306)에 걸쳐 비-균일한 비등온 온도 프로파일을 발생시킨다. 다시 말하면, 냉각수 통로 (312)는 몰드 (300)의 일 부분들의 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있고, 그 결과 몰드 (300)의 제 1 부분은 제 1 온도를 가지며, 그리고 몰드 (300)의 제 2 부분은 제 1 온도와는 다른 제 2 온도를 가진다. 상기와 같이, 몰드 (300)는 몰딩 영역 (304) 내에서 비등온 온도 프로파일을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 유체 냉각 스트림보다 오히려 유체 열 스트림은 유리 물품 (100)의 두께에 걸친 열 구배를 발생시키기 위해 냉각수 통로들 (312) 중 하나 이상을 통하여 도입될 수 있다.
냉각수 통로 (312)를 통한 유체 냉각 스트림의 유동 속도는 평탄 구역 (106) 내에서 복수의 비등온 온도 프로파일들 중 하나를 발생시키기 위해 변형될 수 있다. 일부 실시예들에서, 몰딩 영역 (304)의 에지들에 근접한 위치들에서의 접촉 면 (306)의 온도는 몰딩 영역 (304)의 에지들로부터 먼 쪽의 위치들에 있는 접촉 면 (306)의 온도보다 크다. 다른 실시예들에서, 몰딩 영역 (304)의 에지들에 근접한 위치들에서의 접촉 면 (306)의 온도는 몰딩 영역 (304)의 에지들로부터 먼 쪽의 위치들에 있는 접촉 면 (306)의 온도보다 작다. 도 3의 설명이 서로 다른 온도들을 가진 접촉 면 (306)의 다양한 영역들을 나타내는 것을 기술하고 있지만, 이해하여야 하는 바와 같이, 영역들은 서로 다른 형상들, 크기들 및 배향들에 대응될 수 있다.
일반적으로, 몰드 (300) 및 유리 물품 블랭크 (101) 둘 다는 몰드 (300)가 위치된 주변 온도를 초과한 원하는 초기 온도로 가열된다. 유리 물품 블랭크 (101)는 유리 조성물에 대한 탄성 온도 범위보다 큰 온도로 가열된다. 유리 물품 블랭크 (101)는 몰드 (300)의 접촉 면 (306)과 접촉을 이루게 된다. 유리 물품 블랭크 (101)가 몰드 (300)의 접촉 면과 접촉을 한 상태에서, 진공 펌프 (310)는 벤트 홀들 (308)을 통해 유체를 끌어당겨, 접촉 면 (306)에 근접하게 위치된 유리 물품 블랭크 (101)의 측면을 따라 압력을 감소시킨다. 진공 펌프 (310)는 유리 물품 블랭크 (101)에 걸쳐 압력 불균형을 유지하여, 몰드 (300)의 접촉 면 (306)에 유리 물품 블랭크 (101)를 고정시킨다. 진공 펌프 (310)에 의해 일어난 압력 불균형은 상승 온도에 있는 유리 물품 블랭크 (101)의 강도를 이겨낼 수 있고, 그 결과 유리 물품 블랭크 (101)는 몰드 (300)의 접촉 면 (306)의 형상과 일치할 것이다.
몰드 (300) 및 유리 물품 블랭크 (101)의 온도는 초기 온도로부터 감소된다. 유리 물품 블랭크 (101)의 온도가 감소될 시에, 유리 물품 블랭크 (101)는 접촉 면 (306)의 형상과 계속해서 일치할 것이다. 유체 냉각 스트림이 냉각수 통로들 (312)을 통하여 인도될 시에, 유체 냉각 스트림은 전도 및/또는 대류에 의해 접촉 면 (306)으로부터 열을 끌어당기고, 몰드 (300)는 유리 물품 블랭크 (101)에 대해 히트 싱크 (heat sink)로서 작동하여, 유리 물품 블랭크 (101)로부터 열을 끌어 당긴다. 유리 물품 블랭크 (101)의 온도가 감소될 시에, 유리 물품 블랭크 (101)의 강도는 증가된다. 추가적으로, 몰드 (300) 및 유리 물품 블랭크 (101)의 온도가 감소될 시에, 유리 물품 블랭크 (101) 및 몰드 (300)는 각각의 열 팽창 계수로 인해 크기가 감소될 것이다. 그러나, 유리 물품 블랭크 (101) 및 몰드 (300)가 서로 다른 열 팽창 계수들을 가질 가능성이 있기 때문에, 열 팽창에서의 변화로 인해 몰드 (300) 및 유리 물품 블랭크 (101)의 크기에서의 상대적인 변화는 유리 물품 블랭크 (101)로 응력을 유도할 수 있다. 유리 물품 블랭크 (101)가 온도에 있어 동시에 떨어지기 때문에, 유리 물품 블랭크 (101)가 냉각 중일 시에 유리 물품 블랭크 (101)로 유도된 응력들은 탄성 온도 범위에서의 온도에서 유리 물품 (100)에 유지될 수 있다.
추가적으로, 비등온 온도 구배가 유리 물품 블랭크 (101)의 면내 방향 및/또는 관통-두께 방향으로 유리 물품 블랭크 (101) 상에 유지되기 때문에, 보다 높은 온도에 있는 유리 물품 블랭크 (101)의 부분들은 보다 낮은 온도에 있는 유리 물품 블랭크 (101)의 부분들에 비해 팽창되는 경향이 있을 수 있다. 유리 물품 블랭크 (101)의 부분들 사이의 팽창의 변화는, 유리 물품 블랭크 (101)가 점탄성 온도 범위를 통하여 탄성 온도 범위를 향한 온도에서 감소될 시에, 응력을 유리 물품 블랭크 (101)로 도입시킬 수 있다. 그러므로, 유리 물품 블랭크 (101)의 프로파일은, 2- 또는 3-차원 형상이 유리 물품 블랭크 (101)에 설정된 프로파일과 실온에 있는 유리 물품 (100)의 프로파일을 비교할 시에 변화될 수 있다. 특히, 상승 온도들에서 유지되는 유리 물품 블랭크 (101)의 부분들은 비교적으로 낮은 온도들에서 유지되는 유리 물품 블랭크 (101)의 부분들보다 크게 수축되는 경향이 있을 수 있다. 유리 물품 (100)의 소정의 부분들의 수축은 몰드 (300)의 접촉 면 (306)의 형상으로부터 유리 물품 (100)을 뒤트는 경향이 있을 수 있다.
유리 물품 블랭크 (101)로부터 열이 끌어 당겨지는 속도가, 냉각수 통로들 (312)이 접촉 면 (306)으로부터 열을 끌어당기는 속도에 대응되기 때문에, 몰드 (300)의 접촉 면 (306)의 비등온 온도 프로파일은 유사한 비등온 온도 프로파일, 또는 열 구배가 유리 물품 블랭크 (101)에 걸쳐 발생되도록 할 수 있다. 비등온 온도 프로파일은, 도 4 및 5가 몰드 (300)에서의 냉각수 통로들 (312)로 인해 유리 물품 블랭크 (101)에 걸쳐 발생된 열 구배들에 기인한 유리 물품 블랭크 (101)에서의 변위를 도시하는 것처럼, 유리 물품 블랭크 (101)에 걸쳐 발생된다.
일반적으로, 온도 구배가 유리 물품 블랭크 (101)의 에지들을 향해 증가할 시에, 에지들은 베이스보다 더 팽창된다. 이러한 팽창은 유리 물품 블랭크 (101)의 베이스에 휨 모멘트를 적용시킨다. 그러나, 이러한 공정 동안에 적용된 진공 압력은 베이스가 돔 형상으로 휘어지지 못하도록 하며, 그리고 상기 부분은 몰드와 일치한 상태를 이루게 된다. 유리 물품 (100)이 실온으로 냉각될 시에, 에지들은 증가된 온도 구배로 인해 베이스보다 더 줄어들어야 한다. 이러한 에지들의 큰 줄어듦은 역 휨 모멘트가 베이스에 적용될 수 있도록 한다. 상기 공정의 이러한 단계에서 어떠한 진공 압력도 적용되지 않기 때문에, 베이스는 이러한 역 휨으로 이동하여, 유리 물품 (100)의 형상을 활 형상으로 변화시킨다.
도 4는 유리 물품 블랭크 (101)의 면내 방향에 걸친 열 구배에 기인한 변위를 도시한다. 도 4에서, 유리 물품 블랭크 (101)의 에지들에 근접한 위치에 있는 점 (402)에서의 유리 물품 블랭크 (101)의 온도는 유리 물품 블랭크의 에지들로부터 멀리 있는 위치에 있는 점 (404)에서의 유리 물품 블랭크 (101)의 온도보다 크다. 이로써, 유리 물품 블랭크 (101)의 에지에 근접한 점들 (예를 들면, 영역 (406) 내의 점들)은 유리 물품 블랭크 (101)의 에지들로부터 멀리 있는 점들 (예를 들면, 영역 (408) 내의 점들)보다 큰 누적 변위를 나타내며, 그리고 영역 (406) 내의 점들은 영역 (408) 내의 점들보다 큰 변위를 가진다. 다양한 실시예들에서, 영역들 (410, 412, 및 414) 내의 변위는 영역 (406) 및 영역 (408) 내의 변위 내에 속한다. 이에 따라서, 몰드 (300)의 접촉 면 (306)이 유리 물품 블랭크 (101)에 걸쳐 상기와 같은 열 구배를 발생시킬 시에, 유리 물품 블랭크 (101)의 에지들은 몰드 (300)의 접촉 면 (306)으로부터 편향되는 경향을 가질 것이다. 이와 유사하게, 유리 물품 블랭크 (101)의 에지들에 근접하게 위치된 점에서의 유리 물품 블랭크 (101)의 온도가 유리 물품 블랭크 (101)의 에지들로부터 멀리 위치된 점에서의 유리 물품 블랭크 (101)의 온도보다 낮은 경우, 유리 물품 블랭크 (101)의 에지들은 몰드 (300)의 접촉 면 (306)을 향해 편향되는 경향을 가질 것이다. 다양한 실시예들에서, 비등온 온도 프로파일, 및 비등온 온도 프로파일에 의해 일어난 열 구배는 냉각수 통로 (312)를 통하여 유체 냉각 스트림의 유동 속도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 그러므로, 유체 냉각 스트림의 유동 속도를 조정하는 것은 몰드 (300)의 윤곽들에 의해 제공되는 것과 더불어 유리 물품 (100)의 형상에 관해 일부 제어를 제공할 수 있다.
도 5는 유리 물품 블랭크 (101)의 두께를 통해 열 구배에 기인한 변위를 도시한다. 도 5에서, 접촉 면 (306)에 근접한 유리 물품 블랭크 (101)의 면의 온도는 접촉 면 (306)으로부터 먼 위치에 있는 유리 물품 블랭크 (101)의 면의 온도보다 낮다. 이로써, 접촉 면 (306)에 근접한 유리 물품 블랭크 (101)의 면은 접촉 면 (306)으로부터 먼 위치에 있는 유리 물품 블랭크 (101)의 면보다 작은 열 팽창을 나타낸다. 이에 따라서, 유리 물품 블랭크 (101)는 활과 같은 형상으로 뒤틀어지는 경향이 있다 (예를 들면, 양의 방향이 몰드로부터 멀어지는 영역 (418)에 대한 영역 (416) 내의 양의 변위). 이와 유사하게, 접촉 면 (306)에 근접한 유리 물품 블랭크 (101)의 면의 온도가 접촉 면 (306)으로부터 먼 유리 물품 블랭크 (101)의 면의 온도보다 큰 경우, 유리 물품 블랭크 (101)는 돔 형상으로 뒤틀어지는 경향이 있다.
일부 실시예들에서, 가열 소자 (미도시)는 접촉 면 (306) 맞은편에 있고 상기 접촉 면과 이격되는 몰드 (300)에 위치된다. 몰드 (300)의 냉각수 통로 (312)와 함께, 가열 소자는 유리 물품 (100)의 두께를 통해 열 구배를 발생시킬 수 있다. 다시 말하면, 접촉 면 (306)과 접촉하는 유리 물품 (100)의 면은 접촉 면 (306)으로부터 이격된 유리 물품 (100)의 면의 온도와는 다른 온도를 가질 수 있다. 그러나, 이해하여야 하는 바와 같이, 가열 소자의 포함은 옵션이며, 그리고 가열 소자는 유리 물품 (100)의 두께를 통해 열 구배를 발생시키기 위해 이용될 필요는 없다.
다양한 실시예들에서, 유체 냉각 스트림의 유동 속도는 유리 물품 블랭크 (101)의 면내 방향에 걸쳐 그리고/또는 유리 물품 블랭크 (101)의 두께를 통하여 열 구배를 변화시키기 위해 조정될 수 있다. 유리 물품 블랭크 (101)에서 열 구배를 변화시킴으로써, 유리 물품 블랭크 (101)는, 유리 물품 (100)의 3-차원 형상이 일반적으로 유리 물품 (100)에 대한 원하는 설계 형상에 대응하도록 형성될 수 있다. 열 구배는 형성된 후에 공정들 (예를 들면, 화학적 강화, 어닐링, 에지 기계가공)에서 유리 물품 블랭크 (101)의 미리-결정된 뒤틀림이 맞은편의 뒤틀림을 보상하도록 제어될 수 있다. 몰드 (300)를 사용하여 3-차원 형상으로 유리 물품 (100)을 제조하는 방법들은 보다 상세하게 이제 기술될 것이다.
대표적인 방법에 따라서, 유리 물품 블랭크 (101)는 설정 온도를 초과한 온도로 가열된다. 다양한 실시예들에서, 유리 물품 블랭크 (101)는, 유리 물품 블랭크 (101)가 점성 상태에 있도록 하는 온도로 가열된다. 일부 실시예들에서, 유리 물품 블랭크 (101)는 유리 물품 블랭크 (101)의 약 75%보다 큰 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도로 가열된다. 다른 온도들은 유리 조성물 및/또는 유리 물품 (100)의 요건들에 의존하여 이용될 수 있다. 예를 들면, 유리 물품 블랭크 (101)는 약 80%보다 큰 유리 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는, 예를 들면, 약 85%보다 큰 유리 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는, 예를 들면, 약 90%보다 큰 유리 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는, 예를 들면, 약 95%보다 큰 유리 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도로 가열될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 몰드 (300)는 주변 온도를 초과한 상승 온도로 미리가열된다. 몰드 (300)는 유리 물품 블랭크 (101)가 가열되는 온도보다 낮은 온도로 가열될 수 있다. 예를 들면, 몰드 (300)는, 유리 물품 블랭크 (101)가 점탄성 상태에 있을 수 있는 온도로 가열될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 몰드가 미리가열된 이후에, 유체 냉각 스트림은 몰드 (300)의 온도를 더 제어하기 위해, 몰드 (300)의 냉각수 통로들 (312)를 통과한다. 특히, 유체 냉각 스트림은 냉각수 통로들 (312)을 통과하여, 제 1 온도를 가지기 위해 몰드 (300)의 제 1 부분을 제어하고, 그리고 제 2 온도를 가지지 위해 몰드 (300)의 제 2 부분을 제어하고, 그 결과 유리 물품 블랭크 (101)가 몰드 (300)에 결합될 시에, 몰드 (300)는 몰딩 영역 (304) 내에서 비등온 온도 프로파일을 가질 수 있다.
그 다음으로, 유리 물품 블랭크 (101)는 몰드 (300)와 결합되고, 그 결과 유리 물품 블랭크 (101)는 몰딩 영역 (304)의 접촉 면 (306)과 적어도 부분적으로 접촉하게 된다. 유리 물품 블랭크 (101)는 그 후에 진공 펌프 (310)를 가능케 함으로써 접촉 면 (306)과 일치되고, 이때 상기 진공 펌프는 벤트 홀들 (308)을 통하여 유체를 끌어당기고, 이로 인해 유리 물품 블랭크 (101)를 접촉 면 (306)과 접촉되게 하며, 그리고 접촉 면 (306) 상의 제 위치에 유리 물품 블랭크 (101)를 유지시킨다.
유리 물품 (100)의 형상을 유리 물품 블랭크 (101)로 설정하기 위해 유리 물품 블랭크 (101)가 몰드 (300)의 몰딩 영역 (304)에 결합되는 동안, 유리 물품 블랭크 (101)이 냉각된다. 예를 들면, 몰드 (300)는 히트 싱크로서 작동되어, 유리 물품 블랭크 (101)로부터 열을 끌어당길 수 있다. 상기에서 기술된 바와 같이, 유체 냉각 스트림의 유동 속도는 접촉 면 (306) 및 유리 물품 블랭크 (101)의 냉각 속도를 조정하기 위해 제어될 수 있다. 유리 물품 블랭크 (101)가 상승 온도로부터 냉각되고 접촉 면 (306)과 접촉된 상태를 이루면서, 열 구배는 유리 물품 블랭크 (101)의 두께를 통해 그리고/또는 면내 방향 (in-plane direction)에 걸쳐 유지될 수 있다. 열 구배는 유리 물품 블랭크 (101)의 표면들을 따라 서로 다른 위치들에서 서로 다른 냉각 속도들에 의해 일어날 수 있다. 일 실시예에서, 몰드 (300)와 접촉하는 유리 물품 블랭크 (101)의 면으로부터 전도된 열은 몰드 (300) 맞은 편의 측면으로부터 전도되고 그리고/또는 대류로 순환된 열보다 크고, 이로 인해 유리 물품 블랭크 (101)의 두께를 통해 열 구배를 유지시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 유리 물품 블랭크 (101)의 일 측면 (예를 들면, 접촉 면 (306)에 근접한 유리 물품 블랭크 (101)의 면)이 냉각되는 반면, 몰드 (300)와 접촉하는 측면의 맞은 편의 유리 물품 블랭크 (101)의 측면은 유리 물품 블랭크 (101)의 두께를 통해 열 구배를 발생 또는 변형시키기 위해 가열 소자를 사용하여 가열될 수 있다.
냉각된 이후에, 유리 물품 (100)은 몰드 (300)로부터 분리된다. 다양한 실시예들에서, 유리 물품 (100)은, 유리 물품 (100)의 최대 온도가 주어진 냉각 속도에 대해 유리 물품 (100)의 점탄성 온도 범위 내에 있을 시에 몰드 (300)로부터 분리된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 유리 물품 (100)은, 유리 물품의 최대 온도가 주어진 냉각 속도에 대해 유리 물품 (100)의 탄성 온도 범위 내에 있을 시에 몰드 (300)로부터 분리된다. 예를 들면, 유리 물품 (100)은 약 5% 미만의 유리 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도에서, 예를 들면 약 10% 미만의 유리 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도에서, 예를 들면 약 15% 미만의 유리 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도에서, 예를 들면 약 20% 미만의 유리 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도에서, 몰드 (300)로부터 분리될 수 있다.
옵션으로, 다양한 실시예들에서, 표면 강화, 예를 들면 이온 교환 공정에 의해 표면 강화는 유리 물품이 몰드로부터 분리된 이후에 유리 물품 (100)에 관해 수행된다. 도 6에 도시된 일 실시예에서, 이온 교환 공정은 유리에 이온들을 교환시킴으로써, 유리 물품 (100)의 표면들로 압축 층들을 도입시킨다. 유리 물품 (100)의 표면들에서, 이온 교환 표면 층들 (110)로 본원에서 언급된 이러한 압축 층들은 표면 층들로부터 뻗어나간 층의 깊이 (108)를 가진다. 화학적인 강화 공정이 압축 층들을 도입시키지 않은 유리 물품 (100)의 영역들은 이온 교환 표면 층들 (110) 내의 압축의 증가를 보상하기 위해 인장력을 나타낼 수 있다. 이온 교환 표면 층들 (110)의 형성은 유리 물품 (100)의 형상을 변형시킬 수 있고, 그 결과 유리 물품 (100)은 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 형상과는 다른 형상을 가진다. 첫째로, 화학적인 강화는 본원에서 기술된 바와 같이, 통상적으로 상승 온도들에서 일어나고, 유리 물품 (100)을 어닐링할 수 있고, 이로 인해 형성 공정에 도입된 내부 응력을 감소시킬 수 있다. 응력 완화는 유리 물품에 일부 변형을 유도할 수 있다. 둘째로, 화학적으로 강화된 유리 물품 (100)은 보다 많은 포타슘 이온들이 보다 적은 소듐 이온들을 대신할 시에, 유리 물품 (100)의 팽창을 초래할 수 있다. 비대칭 형상들에 대해, 안정적인 형상 (즉, 최소 에너지를 가진 형상)은 뒤틀린 형상이다. 이로써, 화학적 강화 공정이 수행되는 실시예들에서, 몰드 (300)의 몰딩 영역의 형상은 미리결정된 양만큼 유리 물품 (100)에 대한 타겟 형상과는 다를 수 있고, 그 결과 화학적인 강화 공정 이후의 유리 물품 (100)의 형상은 일반적으로 용인되는 허용 오차 내에 있는 유리 물품 (100)에 대한 타겟 형상에 대응한다. 몰드 (300)의 몰딩 영역의 형상은 유리 물품 (100)에 대한 타겟 형상에 대응하는 형상을 갖는 유리 물품 (100)을 산출하기 위해 차후의 화학 강화 공정들에 의해 일어난 뒤틀림을 보상할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 냉각 속도는 예를 들면, 유리 물품 블랭크 (101)에 걸친 온도 구배를 정교하게 튜닝하기 위해 조정될 수 있다. 본원에서 기술된 방법들은 예를 들면, 유리 물품 제조 공정에 관한 반복 점검 파라미터 상황 (iterative inspection parameter regime)으로서, 사용될 수 있다. 유리 물품 블랭크 (101)가 냉각되고 유리 물품 (100)이 몰드 (300)로부터 분리된 이후에, 유리 물품 (100)의 3-차원 형상은 유리 물품 (100)에 대한 타겟 형상과 비교된다. 예를 들면, 유리 물품 (100)의 3-차원 형상은 종래의 점검 기법들을 사용하여 유리 물품 (100)에 대한 CAD (computer-aided design) 모델과 비교될 수 있다. 유리 물품 (100)의 형상이 용인되는 허용 오차 내에 있는 경우, 차후 유리 물품 블랭크 (101)는 형성되기 위해 가열된다. 용인되는 허용 오차는 특정 실시예에 의존하여 변화될 수 있다. 예를 들면, 다양한 실시예들에서, 유리 물품 (100)의 형상에 대한 용인되는 허용 오차는 CAD 모델의 대략 100 μm의 공칭 치수 내에 있지만, 다른 허용 오차가 용인될 수 있다.
유리 물품 (100)의 3-차원 형상이 용인되는 허용 오차를 벗어난 양만큼 타겟 형상과 다를 경우, 유동 속도는 몰드 (300)에 대한 대안의 비등온 온도 프로파일을 발생시키는 유동 속도로 조정된다. 유리가 방법에 따라 공정화될 시에, 차후 유리 물품 블랭크 (101)가 가열된다. 차후 유리 물품 블랭크 (101)는 몰드 (300)에 결합되고, 제 2 유동 속도에서 냉각되고, 몰드 (300)로부터 분리되며, 그리고 차후 유리 물품의 형상은 타겟 형상과 비교된다. 방법은 대안의 비등온 온도 프로파일들로 반복될 수 있되, 유리 물품의 형상이 용인되는 허용 오차 내에 있을 때까지 반복될 수 있다.
이제 이해하여야 하는 바와 같이, 본원에 따라 유리 물품을 제조하는 방법은 3-차원 형상들을 가진 유리 물품들을 만들어 내기 위해 사용될 수 있다. 유리 물품 블랭크들은 유리의 설정 온도를 초과한 온도로 가열되며, 그리고 원하는 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 형상을 가진 개방-면 몰드로 도입된다. 비등온 온도 프로파일은 개방-면 몰드에 의해 유리 물품 블랭크를 따라 유지된다. 유리 물품 블랭크는 유리 물품 블랭크와 개방-면 몰드 사이의 접촉이 유지되는 동안 냉각된다. 개방-면 몰드의 비등온 온도 프로파일은 유리 물품으로 뒤틀림을 유도할 수 있고, 그 결과 유리 물품의 형상은 개방-면 몰드의 형상과는 다르다. 본원에서 기술된 방법 및 장치의 다양한 실시예는 유리 물품들이 제조되어 다운-스트림 공정들에서 일어날 수 있는 뒤틀림을 보상하는 것을 가능하게 한다. 유리 물품 형상화 중에 다운-스트림 공정 뒤틀림을 보상함으로써, 본원에서 기술된 방법 및 장치는 거의 없는 비-일치 유리 물품들 및 증가된 제조 효율성을 초래할 수 있다.
제 1 양태에서, 본원은 3-차원 형상을 가진 유리 물품을 제조하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계; 제 1 온도를 가지기 위해 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 제 1 부분을 제어하고, 제 2 온도를 가지기 위해 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 제 2 부분을 제어하여 상기 몰딩 영역 내에서 비등온 온도 프로파일을 효과적으로 발생시키는 단계 - 상기 몰딩 영역은 상기 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가짐 -; 상기 유리 물품 블랭크를 상기 개방-면 몰드에 결합하는 단계; 및 상기 유리 물품의 형상을 설정하기 위해 상기 유리 물품 블랭크가 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역에 결합되는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 냉각하는 단계를 포함한다.
제 2 양태에서, 본원은 3-차원 형상을 가진 유리 물품을 제조하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계; 제 1 온도를 가지기 위해 개방-면 몰드의 제 1 부분을 제어하고, 제 2 온도를 가지기 위해 개방-면 몰드의 제 2 부분을 제어하여 상기 개방-면 몰드에 대한 비등온 온도 프로파일을 효과적으로 발생시키는 단계 - 상기 개방-면 몰드는 상기 유리 물품에 대한 타겟 형상과는 다른 3-차원 형상을 가짐 -; 상기 유리 물품 블랭크를 상기 개방-면 몰드에 결합하는 단계; 상기 유리 물품의 형상을 설정하기 위해 상기 유리 물품 블랭크가 상기 개방-면 몰드에 결합되는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 점성 온도 미만의 온도로 냉각하는 단계; 및 상기 유리 물품을 상기 개방-면 몰드로부터 해제하는 단계를 포함할 수 있다.
제 3 양태에서, 본원은 제 1 양태 또는 제 2 양태의 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 몰딩 영역에 근접한 상기 개방-면 몰드의 일 부분을 유체 냉각 스트림으로 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제 4 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 3 양태의 방법을 제공하고, 상기 유리 물품 블랭크가 냉각될 시에, 열 구배는 상기 유리 물품 블랭크의 두께를 통해 유지된다.
제 5 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 4 양태의 방법을 제공하고, 상기 유리 물품 블랭크가 냉각될 시에, 열 구배는 상기 유리 물품 블랭크의 면내 방향에 걸쳐 유지된다.
제 6 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 5 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 유리 물품의 최대 온도가 주어진 냉각 속도에 대해 상기 유리 물품의 점탄성 온도 범위 내에 있을 시에, 상기 개방-면 몰드로부터 상기 유리 물품을 분리하는 단계를 더 포함한다.
제 7 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 5 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 유리 물품의 최대 온도가 주어진 냉각 속도에 대해 상기 유리 물품의 탄성 온도 범위 내에 있을 시에, 상기 개방-면 몰드로부터 상기 유리 물품을 분리하는 단계를 더 포함한다.
제 8 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 7 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 개방-면 몰드와 접촉하는 유리 물품 블랭크의 측면 맞은편의 측면을 따라 상기 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계를 더 포함한다.
제 9 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 8 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 유리 물품의 형상은 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 형상과는 다르다.
제 10 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 9 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 층의 깊이를 가진 이온 교환 표면 층을 상기 유리 물품에 형성하는 단계를 더 포함한다.
제 11 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 10 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 이온 교환 표면 층을 형성하는 단계는 상기 유리 물품의 형상을 변형시키고, 그 결과 상기 유리 물품은 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 형상과는 다른 형상을 가진다.
제 12 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 11 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 몰딩 영역은 고 윤곽 부분 (high contoured portion) 및 저 윤곽 부분을 포함하고, 상기 유리 물품은 상기 몰딩 영역의 고 윤곽 부분에 근접한 위치들에서 고 응력 필드를, 그리고 상기 몰딩 영역의 저 윤곽 부분에 근접한 위치들에서 저 응력 필드를 포함한다.
제 13 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 12 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 유리 물품 블랭크를 냉각하는 단계는 제 1 유동 속도로 수행된다. 상기 방법은 상기 유리 물품의 3-차원 형상이 상기 유리 물품에 대한 타겟 형상과 다른지를 결정하는 단계; 제 2 유동 속도를 선택하는 단계 - 상기 제 2 냉각 속도는 상기 제 1 냉각 속도와 다르고, 상기 제 2 유동 속도는 상기 개방-면 몰드에 대한 대안의 (alternate) 비등온 온도 프로파일을 발생시킴 -; 및 차후 유리 물품 블랭크가 차후 유리 물품의 3-차원 형상을 설정하기 위해 상기 개방-면 몰드에 결합되는 동안, 상기 제 2 유동 속도에 따라 상기 차후 유리 물품 블랭크를 상기 설정 온도로 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제 14 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 13 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 유리 물품의 3-차원 형상은 일반적으로 상기 유리 물품에 대한 타겟 형상에 대응한다.
제 15 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 14 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계는 상기 유리 물품 블랭크의 약 75%보다 큰 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도로 상기 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계를 포함한다.
제 16 양태에서, 본원은 제 1 양태 내지 제 15 양태 중 어느 하나의 방법을 제공하고, 상기 유리 물품 블랭크가 상기 개방-면 몰드에 결합하는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 상기 설정 온도로 냉각하는 단계는 유리의 대략 20%의 미만의 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도로 상기 유리 물품 블랭크를 냉각하는 단계를 포함한다.
제 17 양태에서, 본원은 유리 물품을 형성하는 몰딩 장치를 제공하고, 상기 유리 물품은 상기 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가진 접촉 면을 갖는 몰딩 영역을 포함한 개방-면 몰드; 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역 내에 위치되고 상기 접촉 면을 통해 뻗어나간 복수의 벤트 홀들 - 상기 벤트 홀들은 진공 펌프와 유체 연통을 이룸 -; 및 개방-면 몰드에 위치된 적어도 하나의 냉각수 통로 - 상기 적어도 하나의 냉각수 통로는, 상기 몰딩 영역에 근접하게 위치되고 상기 개방-면 몰드의 접촉 면 및 복수의 벤트 홀들로부터 유동적으로 격리된 일 부분을 포함하며, 상기 적어도 하나의 냉각수 통로는 상기 유리 물품에 걸쳐 비등온 온도 프로파일을 발생시킴 -;를 포함한다.
제 18 양태에서, 본원은 제 17 양태의 몰딩 장치를 제공하고, 상기 몰딩 장치는 상기 접촉 면의 맞은 편에 위치되고 상기 접촉 면으로부터 이격된 가열 소자를 더 포함한다.
제 19 양태에서, 본원은 제 17 양태 또는 제 18 양태의 몰딩 장치를 제공하고, 상기 몰딩 영역의 에지들에 근접한 위치에 있는 개방-면 몰드의 접촉 면의 온도는 상기 에지들로부터 먼 쪽의 위치들에 있는 접촉 면의 온도보다 크다.
제 20 양태에서, 본원은 제 17 양태 내지 제 19 양태 중 어느 하나의 몰딩 장치를 제공하고, 상기 몰딩 영역의 에지들에 근접한 위치에 있는 개방-면 몰드의 접촉 면의 온도는 상기 에지들로부터 먼 쪽의 위치들에 있는 접촉 면의 온도보다 작다.
기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 다양한 변형 및 변화는 청구된 주제 내용의 권리 범위 및 기술 사상으로부터 벗어남 없이 본원에서 기술된 실시예들로 이루어질 수 있다. 이로써, 의도된 바와 같이, 본 명세서는 첨부된 청구항 및 그의 균등물의 권리 범위 내에 상기와 같은 변형 및 변화가 있을 경우에, 본원에서 기술된 다양한 실시예들의 변형 및 변화를 포괄한다.

Claims (20)

  1. 3-차원 형상을 가진 유리 물품을 제조하는 방법에 있어서,
    설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계;
    제 1 온도를 가지기 위해 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 제 1 부분을 제어하고, 제 2 온도를 가지기 위해 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 제 2 부분을 제어하여 상기 몰딩 영역 내에서 비등온 온도 프로파일을 효과적으로 발생시키는 단계 - 상기 몰딩 영역은 상기 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가짐 -;
    상기 유리 물품 블랭크를 상기 개방-면 몰드에 결합하는 단계;
    상기 유리 물품 블랭크에 따라 비등온 온도 프로파일을 유지하는 단계; 및
    상기 유리 물품의 형상을 설정하기 위해 상기 유리 물품 블랭크가 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역에 결합되는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 냉각하는 단계를 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰딩 영역에 근접한 상기 개방-면 몰드의 일 부분을 유체 냉각 스트림으로 냉각하는 단계를 더 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유리 물품 블랭크가 냉각될 시에, 열 구배는 상기 유리 물품 블랭크의 두께를 통해 유지되는, 유리 물품 제조 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품 블랭크가 냉각될 시에, 열 구배는 상기 유리 물품 블랭크의 면내 방향에 걸쳐 유지되는, 유리 물품 제조 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품의 최대 온도가 주어진 냉각 속도에 대해 상기 유리 물품의 점탄성 온도 범위 내에 있을 시에, 상기 개방-면 몰드로부터 상기 유리 물품을 분리하는 단계를 더 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품의 최대 온도가 주어진 냉각 속도에 대해 상기 유리 물품의 탄성 온도 범위 내에 있을 시에, 상기 개방-면 몰드로부터 상기 유리 물품을 분리하는 단계를 더 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개방-면 몰드와 접촉하는 유리 물품 블랭크의 측면 맞은편의 측면을 따라 상기 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계를 더 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품의 형상은 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 형상과는 다른, 유리 물품 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    층의 깊이를 가진 이온 교환 표면 층을 상기 유리 물품에 형성하는 단계를 더 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이온 교환 표면 층을 형성하는 단계는 상기 유리 물품의 형상을 변형시키고, 그 결과 상기 유리 물품은 상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역의 형상과는 다른 형상을 가지는, 유리 물품 제조 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩 영역은 고 윤곽 부분 (high contoured portion) 및 저 윤곽 부분을 포함하고, 상기 유리 물품은 상기 몰딩 영역의 고 윤곽 부분에 근접한 위치에서 고 응력 필드를, 그리고 상기 몰딩 영역의 저 윤곽 부분에 근접한 위치에서 저 응력 필드를 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  12. 유리 물품을 형성하는 몰딩 장치에 있어서,
    상기 유리 물품의 형상에 일반적으로 대응하는 3-차원 형상을 가진 접촉 면을 갖는 몰딩 영역을 포함한 개방-면 몰드;
    상기 개방-면 몰드의 몰딩 영역 내에 위치되고 상기 접촉 면을 통해 뻗어나간 복수의 벤트 홀들 - 상기 벤트 홀들은 진공 펌프와 유체 연통을 이룸 -; 및
    개방-면 몰드에 위치된 적어도 하나의 냉각수 통로 - 상기 적어도 하나의 냉각수 통로는, 상기 몰딩 영역에 근접하게 위치되고 상기 개방-면 몰드의 접촉 면 및 복수의 벤트 홀들로부터 유동적으로 격리된 일 부분을 포함하며, 상기 적어도 하나의 냉각수 통로는 상기 유리 물품에 걸쳐 비등온 온도 프로파일을 발생시킴 -;를 포함하는, 유리 물품 형성 몰딩 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 접촉 면의 맞은 편에 위치되고 상기 접촉 면으로부터 이격된 가열 소자를 더 포함하는, 유리 물품 형성 몰딩 장치.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 몰딩 영역의 에지들에 근접한 위치에 있는 개방-면 몰드의 접촉 면의 온도는 상기 에지들로부터 먼 쪽의 위치들에 있는 접촉 면의 온도보다 큰, 유리 물품 형성 몰딩 장치.
  15. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 몰딩 영역의 에지들에 근접한 위치에 있는 개방-면 몰드의 접촉 면의 온도는 상기 에지들로부터 먼 쪽의 위치들에 있는 접촉 면의 온도보다 작은, 유리 물품 형성 몰딩 장치.
  16. 3-차원 형상을 가진 유리 물품을 제조하는 방법에 있어서,
    설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계;
    제 1 온도를 가지기 위해 개방-면 몰드의 제 1 부분을 제어하고, 제 2 온도를 가지기 위해 개방-면 몰드의 제 2 부분을 제어하여 상기 개방-면 몰드에 대한 비등온 온도 프로파일을 효과적으로 발생시키는 단계 - 상기 개방-면 몰드는 상기 유리 물품에 대한 타겟 형상과는 다른 3-차원 형상을 가짐 -;
    상기 유리 물품 블랭크를 상기 개방-면 몰드에 결합하는 단계;
    상기 유리 물품 블랭크에 따라 비등온 온도 프로파일을 유지하는 단계;
    상기 유리 물품의 형상을 설정하기 위해 상기 유리 물품 블랭크가 상기 개방-면 몰드에 결합되는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 점성 온도 미만의 온도로 냉각하는 단계; 및
    상기 유리 물품을 상기 개방-면 몰드로부터 해제하는 단계를 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 유리 물품 블랭크를 냉각하는 단계는 제 1 유동 속도에서 수행되고, 상기 방법은:
    상기 유리 물품의 3-차원 형상이 상기 유리 물품에 대한 타겟 형상과 다른지를 결정하는 단계;
    제 2 유동 속도를 선택하는 단계 - 상기 제 2 냉각 속도는 상기 제 1 냉각 속도와 다르고, 상기 제 2 유동 속도는 상기 개방-면 몰드에 대한 대안의 (alternate) 비등온 온도 프로파일을 발생시킴 -; 및
    차후 유리 물품 블랭크가 차후 유리 물품의 3-차원 형상을 설정하기 위해 상기 개방-면 몰드에 결합되는 동안, 상기 제 2 유동 속도에 따라 상기 차후 유리 물품 블랭크를 상기 설정 온도로 냉각하는 단계를 더 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  18. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 유리 물품의 3-차원 형상은 일반적으로 상기 유리 물품에 대한 타겟 형상에 대응하는, 유리 물품 제조 방법.
  19. 청구항 16 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설정 온도를 초과한 온도로 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계는 상기 유리 물품 블랭크의 약 75%보다 큰 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도로 상기 유리 물품 블랭크를 가열하는 단계를 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
  20. 청구항 16 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 물품 블랭크가 상기 개방-면 몰드에 결합하는 동안 상기 유리 물품 블랭크를 상기 설정 온도로 냉각하는 단계는 유리의 대략 20%의 미만의 응력들이 주어진 냉각 속도에 대해 완화되는 온도로 상기 유리 물품 블랭크를 냉각하는 단계를 포함하는, 유리 물품 제조 방법.
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