KR100306082B1

KR100306082B1 - 용융유리의 사출성형방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100306082B1
Application number: KR1019990022664A
Authority: KR
Inventors: 이문규
Original assignee: 이문규
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2001-09-24
Also published as: KR20010002726A

Abstract

본 발명은 용융된 저점도 유리를 사용하여 경박(輕薄)한 정밀전자부품을 제조함에 있어서, 종래의 블로잉(blowing)성형법, 프레싱(pressing)성형법 및 캐스팅(casting)성형법 대신 사출성형법을 새로 개발하여 이용함으로써 정밀전자부품 제조를 가능하게 한 것이다.

또한 본 발명은 사출성형법에 의한 성형품의 제조방법뿐만 아니라 그 장치에 관한 것이다.

본 발명의 방법인 사출성형법에 의하여 성형품을 제조함으로써 정밀전자부품을 대량생산할 수 있게 되었다.

Description

용융유리의 사출성형방법 및 그 장치{Injection Molding Method of Molten Glass and the Apparatus thereof}

본 발명은 용융된 저점도 유리를 사용하여 경박(輕薄)한 정밀전자부품을 제조함에 있어서, 사출성형법에 의한 성형품의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유리성형법은 블로잉(blowing)성형법, 프레싱(pressing)성형법및 캐스팅(casting)성형법의 3가지로 대별된다.

위의 어느 방법이나 용융유리곱(gob:유리덩어리)을 금형내에 투입하여 성형을 하는 것으로 용융유리곱을 만드는 방법을 설명하면 다음과 같다.

즉, 배합된 유리원료조성물을 연속식 용해로, 전기로 또는 도가니로에 투입하고 중유 또는 전기를 이용하여 직접 또는 간접가열방식으로 점도가 낮은 용융유리를 만든다. 용해로 등에서 용융된 유리는 포하쓰(Forehearth)를 통하여 유리흐름을 유지하면서 성형온도 및 점도에 알맞게 조절되고 포하쓰의 끝부분인 스파우트 (Spout)로 유입된다.

스파우트는 통상적으로 회전하는 튜브(tube), 용융유리를 일정한 시간주기로 오리피스(Orifice)로 밀어넣고 중지시키는 스토퍼(Stopper) 역할을 하는 플런저 (Plunger) 및 용융유리를 소정의 형상을 가지도록 하는 오리피스로 구성된다.

스파우트에 도달된 유리는 오리피스 구멍을 통하여 소정의 중량과 형상을 가지게되고 곧이어 자동으로 작동되는 가위 등으로 절단되어 곱이 된다. 동시에 이 곱은 낙하하여 딜리버리슈트(Delivery Chute)에 의하여 미리 준비된 금형에 투입된다.

블로잉성형법은 병, 항아리 등과 같은 중공형(中空形)의 물건을 성형하는데 주로 사용되는 방법으로 유리곱을 금형내에 투입한 후 공기의 압력으로 성형하는 방법이다.

그러나 본 발명에서와 같이 중량이 작은 정밀전자부품을 성형하는데에는 적합한 방법이 아니다.

즉, 곱의 중량이 수 그램을 갖도록 할 경우 오리피스 구멍을 작게 하여야 할 필요가 있는데, 이러한 경우 용융유리를 오리피스 구멍으로 통과시키기 위하여서는 용융유리를 고온으로하여 점도를 낮추어야 하나 점도를 낮출 경우 가위절단이 곤란하여 곱을 생성할 수 없게 된다.

설사 오리피스를 통하여 용융유리가 나온다하더라도 그 중량이 작기 때문에 외기에 의하여 쉽게 냉각되어 가위자국이 곱에 남아 품질저하가 되기도 한다.

더우기 곱이 딜리버리슈트를 통하여 금형내에 투입되었을 때에 성형온도 이하로 냉각되어 점도가 높아지므로 블로잉 시에 금형내에서의 퍼짐성이 좋지않아 원하는 형상으로 성형하기 곤란한 단점이 있었다.

프레싱성형법은 접시, 렌즈와 같은 평면형(平面形)의 물건을 성형하는데 주로 사용되는 방법으로 유리곱을 금형내에 투입한 후 플런저로 압착하여 성형하는 방법이다.

그러나 본 발명에서와 같이 경박한 정밀전자부품을 성형하는 데에는 적합한 방법이 아니다.

즉, 소량의 유리곱을 금형에 투입하면 유리곱이 금형과 접촉하는 순간 점도가 높아지고 또한 성형하고자 하는 물건의 두께가 얇아 압착을 하면 파손되어 성형이 불가능한 단점이 있었다.

캐스팅성형법은 대형망원경의 거울, 미사일레이돔(Missile Radome)이나 텔레비젼벌브(Television Bulb)와 같은 깔때기형 용기등 대형물(大型物)을 성형하는데 주로 사용되는 방법으로 유리곱을 금형에 부어 가압(加壓)없이 성형하는 방법이다.

깔때기형 용기를 성형하는 경우에는 유리곱을 금형에 부은 후 원심력을 이용하여 성형하는 원심캐스트성형법을 이용한다.

그러나 본 발명에서와 같이 소형(小型)의 정밀전자부품을 성형하는데에는 적합한 방법이 아니다.

즉, 소량의 유리곱을 금형에 부으면 유리곱이 금형과 접촉하는 순간 점도가 높아져 성형이 불가능한 단점이 있었다.

본 발명에서는 종래의 블로잉성형법, 프레싱성형법 및 캐스팅성형법 대신 사출성형법을 새로이 개발하여 정밀전자부품을 용이하게 성형하는 방법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명에서는 사출성형법에 적합한 장치를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 용융유리 사출장치의 개념도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 상부실린더 2 : 하부실린더

3 : 스크류 4 : 실린더 가열장치

5 : 내화단열재 6 : 노즐

7 : 스토퍼 8 : 노즐 가열장치

9 : 스크류 회전속도 조절장치 10 : 스크류 냉각장치

11: 금형 12 : 스토퍼 푸쉬핀

13: 금형승강장치

사출성형법은 합성수지 가공에서 주로 사용되는 성형방법으로 합성수지를 그래뉼(granule) 또는 펠릿(pellet)형태로 호퍼에 투입하여 스크류(screw)를 회전시키면 투입된 원료는 마찰열에 의하여 160˚~ 330℃로 승온됨으로써 용융 또는 연화되어 사출성형이 가능한 점도를 유지하게 된다.

반면에 본 발명의 유리사출성형법에서는 사출성형이 가능한 점도를 유지하기 위하여는 가열이 필수적이다.

본 발명의 사출성형장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 보면 본 발명의 사출성형장치는 용융유리곱을 받아들여 스크류라인이상까지 저장하는 상부실린더(1), 스크류(3)와 조립되어 용융유리를 저장하며 노즐쪽으로 보내는 튜브형태의 하부실린더(2), 상부실린더(1)와 하부실린더(2)와 조립되어 있고 사출시 용융유리를 노즐(6)로 밀어내는 스크류(3), 상부실린더(1)와 하부 실린더(2)의 외부를 가열하여 실린더 안의 용융유리 온도를 일정하게 유지시키거나 승온시키는 실린더 가열장치(4), 실린더 가열장치(4)에서 발생하는 열을 단열시키는 내화 단열재(5), 용융유리가 사출되는 노즐(6), 사출시 또는 정지시 노즐구멍을 개폐시키는 스토퍼(7), 노즐(6)부분만을 국부적으로 가열하여 사출전의 온도를 조절하는 노즐 가열장치(8), 스크류(3)의 회전속도를 조절하여 사출속도를 조절하는 스크류 회전속도 조절장치(9), 베아링 쪽으로 전열되는 열을 차단하는 스크류 냉각장치(10), 금형(11), 사출시 스토퍼를 밀어올려 노즐과 스토퍼 사이에 틈을 생기게 하거나 사출완료시 하강하여 노즐의 구멍을 막는 스토퍼 푸쉬핀(Stopper Push Pin)(12) 및 사출시 금형을 상승시키거나 사출완료시 금형을 하강시키는 금형승강장치(13)로 구성되어 있다.

본 발명의 사출성형장치를 사용하여 용융유리를 성형하는 본 발명의 사출성형법을 설명하고자 한다.

본 발명에서 사용하는 유리는 병 또는 식기에 사용되는 유리로 SiO₂72.4 중량%, Na₂O 13.5 중량%, CaO 9.6 중량%, Al₂O₃2.0 중량%, MgO 1.7 중량%, Fe₂O₃0.05 중량%, BaO 0.02 중량%, 기타성분 0.73 중량%의 조성의 유리를 사용한다.

먼저 실린더 가열장치(4)로 상부실린더(1)와 하부실린더(2)를 1200˚~ 1400℃로 예열하고, 노즐가열장치(8)로 노즐(6)을 1100˚~ 1300℃로 예열하며 스크류 냉각장치(10)로 스크류(3)의 용융유리 접촉부위로 부터 베어링 쪽으로 전열되는 열을 차단한다.

다음, 용융유리곱을 상부실린더(1)에 투입하여 스크류라인 이상의 높이까지 채운다.

스크류 회전속도 조절장치(9)로 스크류(3)를 회전시켜 상부실린더(1)의 용융유리를 노즐(6)쪽으로 보낸다. 이때 상부실린더(1)와 하부실린더(2) 내의 공기배출을 위하여 스토퍼 푸쉬핀(12)으로 스토퍼(7)를 밀어올린다.

이 과정은 용융유리가 상부실린더(1)와 하부실린더(2) 내부를 완전히 채울때까지 계속하며, 완전히 채워지면 스토퍼 푸쉬핀(12)을 하강시켜 용융유리가 노즐(6)밖으로 흘러나오는 것을 방지한다.

금형(11)은 사출전에 500˚~ 600℃로 예열한다.

예열된 금형(11)을 금형승강장치(13)에 탑재시키고 이 장치를 상승시켜 노즐(6)에 체결시킨후 스크류 회전속도 조절장치(9)를 가동시켜 스크류(3)의 회전속도를 100 ~ 800rpm으로 유지하고 스토퍼 푸쉬핀(12)을 수직상승시켜 스토퍼(7)를 밀어 노즐(6)과 스토퍼(7) 사이에 틈을 만들어 용융유리를 금형(11) 안으로 사출시킨다(도1의 a참조).

사출이 완료되면 스토퍼 푸쉬핀(12)은 수직하강하여 스토퍼(7)가 노즐(6)구멍을 막도록 한다(도1의 b참조).

이와 동시에 스크류 회전속도 조절장치(9)도 회전을 중지시킨다.

사출완료된 금형(11)은 냉각한 다음 탈형하여 성형품을 얻는다.

성형품은 열처리를 위하여 서냉로로 이동된다.

사출시 용융유리의 점도는 유리의 조성 및 온도에 따라 변하지만 200 ~ 1000 cp가 바람직하고 사출량은 성형물에 따라 3 ~ 200g으로 자유롭게 조절한다.

실시예: 진공형광 디스플레이(Vacuum Fluorescent Display)용 커버글라스 (Cover Glass)의 성형

사출성형장치의 예비조작

실린더 가열장치(4)로 상부실린더(1)와 하부실린더(2)를 1300˚± 5℃로 예열하였고 노즐가열장치(8)로 노즐(6)을 1200˚± 5℃로 예열하였으며 스크류 냉각장치(10)로 스크류의 용융유리 접촉부위로부터 베어링 쪽으로 전열되는 열을 차단하였다.

다음 용융유리를 상부실린더(1)에 투입하여 스크류라인 이상의 높이까지 채웠다.

스크류 회전속도 조절장치(9)로 직경 60mm인 스크류(3)를 100 - 110rpm으로 회전시켜 상부실린더(1)의 용융유리를 노즐(6) 쪽으로 밀어넣었다.

이 때 스토퍼 푸쉬핀(12)으로 스토퍼(7)를 밀어올려 상부실린더(1)와 하부실린더(2) 내의 공기를 배출시켰다.

이 과정은 용융유리가 상부실린더(1)와 하부실린더(2) 내부를 완전히 채울때까지 계속하였으며 완전히 채워진 후 스토퍼 푸쉬핀(12)을 하강시켜 용융유리가 노즐(6) 밖으로 흘러나오는 것을 방지하였다.

용융유리의 사출성형

550˚± 5℃로 예열된 VFD용 커버글라스 형상의 금형(11)을 금형승강장치 (13)에 탑재시키고 이 장치를 상승시켜 노즐(6)에 체결하였다.

그 다음 스크류 회전속도 조절장치(9)로 스크류(3)를 240rpm으로 회전시켰다.

스토퍼 푸쉬핀(12)을 수직상승시켜 스토퍼(7)를 밀어 노즐(6)과 스토퍼(7) 사이에 틈을 만들어 점도 400cp의 용융유리 5g을 금형(11) 안으로 사출시켰다.

탈형 및 서냉

사출 완료 후 스토퍼 푸쉬핀(12)을 수직하강시켜 스토퍼(7)가 노즐(6) 구멍을 막도록하고 스크류 회전속도 조절장치(9)도 회전을 중지시켰다.

사출완료된 금형(11)을 냉각시키고 탈형하여 사출성형품을 얻은 후 500˚~ 600℃로 서냉 열처리하여 두께 1.0 ± 0.1㎜의 진공형광 디스플레이용 커버글라스를 제조하였다.

본 발명에서는 종래의 블로잉성형법, 프레싱성형법 및 캐스팅성형법으로는 제조가 불완전하였던 경박(輕薄)한 정밀전자부품의 제조를 가능하게 하였다.

또한 본 발명의 방법인 사출성형법에 의하여 성형품을 제조함으로써 정밀전자부품을 대량생산할 수 있게 되었다.

Claims

용융유리를 성형하는 방법에 있어서, 용융유리곱(Glass Gob)을 상부실린더(1)에 투입하여 스크류(3)의 회전으로 하부실린더(2)까지 채운후 노즐(6)을 통하여 금형(11)에 사출하여 성형함을 특징으로 하는 경박(輕薄)한 정밀전자부품의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상부실린더(1)와 하부실린더(2)는 1200˚~ 1400℃로 예열되고 노즐(6)은 1100˚~ 1300℃로 예열되며 금형(11)은 500˚~ 600℃로 예열됨을 특징으로 하는 경박한 정밀전자부품의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 스크류의 회전속도가 100 ~ 800rpm인 것을 특징으로 하는 경박한 정밀전자부품의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 용융유리의 점도가 200 ~ 1000cps인 것을 특징으로 하는 경박한 정밀전자부품의 제조방법.
상부실린더(1), 스크류(3)와 조립된 튜브형태의 하부실린더(2), 스크류(3), 상부실린더(1)와 하부실린더(2)의 외주연에 설치된 실린더 가열장치(4), 실린더 가열장치(4) 외주연에 설치된 내화단열재(5), 노즐(6), 노즐(6)에 내장된 스토퍼(7),노즐(6) 외주연에 설치된 노즐 가열장치(8), 스크류(3) 상단에 설치된 스크류 회전속도 조절장치(9), 스크류 회전속도 조절장치(9) 아래, 스크류(3) 상단 외주연에 설치된 스크류 냉각장치(10), 금형(11), 노즐(6) 하단에 설치된 스토퍼 푸쉬핀(Stopper Push Pin)(12) 및 금형승강장치(13)로 구성된 경박한 정밀전자부품의 제조를 위한 수직형 용융유리 사출성형장치.