KR100534487B1 - 유리관의 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

유리관의 제조장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용해유리를 직하방으로 연속적으로 드로잉시켜 세경 유리관을 정밀하고 효율적으로 제조할 수 있는 유리관의 제조장치 및 그 방법을 개시한다. 본 발명의 제조장치는 유리원료를 용해유리로 용해하는 유리용해로의 하류에 연결되고 용해유리를 직하방으로 인출할 수 있도록 단면적이 단계적으로 감소되는 계단식 오리피스가 형성되어 있는 피더와, 피더의 온도를 제어하여 용해유리의 점도를 조절하는 히터와, 피더의 오리피스를 통하여 인출되는 용해유리의 흐름을 관상으로 유도할 수 있는 맨드릴을 갖는 포밍다이와, 피더의 오리피스를 통과하는 용해유리의 외경을 결정하는 압출다이와, 압출다이를 통과하는 유리관을 드로잉하는 드로잉장치로 구성된다. 본 발명에 의하면, 유리관의 성형에 적합한 최적의 점도를 유지시킨 후 계단식 오리피스, 포밍다이와 압출다이를 통하여 유리관을 성형시키면서 드로잉장치에 의하여 유리관의 드로잉속도를 제어함으로써, 세경 유리관을 정밀하고 효율적으로 제조할 수 있으며, 유리용해로의 용해량에 대하여 유리관의 수율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 포밍다이, 압출다이와 드로잉속도의 제어에 의하여 유리관의 치수를 간편하게 변경하여 제조할 수 있고, 냉음극 형광램프의 제조에 적합한 양호한 품질의 세경 유리관을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

유리관의 제조장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING GLASS TUBE}
본 발명은 유리관의 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용해유리의 점도를 조절하여 직하방으로 연속적으로 드로잉시켜 세경 유리관을 정밀하고 효율적으로 제조할 수 있는 유리관의 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.
주지하고 있는 바와 같이, 냉음극 형광램프는 액정표시장치(Liquid crystal display; LCD)의 백라이트유닛(Backlight unit)을 구성하는데 주로 사용되고 있으며 백라이트유닛의 휘도, 색도를 결정하는 중요한 구성요소이다. 냉음극 형광램프는 유리관의 양단에 부착되어 있는 두 전극간의 방전에 의하여 유리관에 봉입되어 있는 희토가스와 수은이 여기되며, 여기된 수은전자가 발생시키는 자외선(253.7nm)은 유리관의 내면에 도포되어 있는 형광체에 충돌된다. 형광체는 백라이트유닛의 광원으로 가시광선을 발생시키며, 이때 형광체의 파장은 조성에 의하여 결정할 수 있다. 한편, 냉음극 형광램프는 액정표시장치 이외에도 복사기, 팩시밀리, 스캐너 등의 사무기기 및 피난유도등, 각종 광고패널 등 그 사용 범위가 폭넓게 확대되고 있다.
이와 같은 냉음극 형광램프의 유리관은 외경 5.2mm 이하, 두께 0.6mm 이하의 붕규산계 유리가 통상적으로 사용되고 있다. 그런데 최근에는 액정표시장치의 박형화, 경량화, 저소비전력화에 기인하여 백라이트유닛용 형광램프의 유리관은 외경 3.0mm 이하, 두께 0.3mm 이하로 세경화(細徑化)와 박육화(薄肉化)가 한층 더 요구되고 있다.
일반적으로 냉음극 형광램프의 유리관은 단너법(Danner process)과 다운드로법(Down-draw process)이라 부르고도 있는 벨로법(Vello process) 등에 의하여 제조하고 있으며, 단너법과 다운드로법은 외경 5∼70mm의 유리관의 제조에 적합하다.
단너법에 의한 유리관의 제조에 있어서는, 유리용해로(Glass melting furnace)의 훠어스(Forehearth)로부터 공급되는 용해유리(Melting glass)를 경사져서 회전하는 내화물 실린더에 연속적으로 공급한다. 고온의 용해유리는 내화물 실린더의 낮은 끝쪽으로 이송되면서 드로잉(Drawing)되며, 드로잉되는 용해유리의 내측에 내화물 실린더를 통하여 공기를 유입한다. 공기의 유입에 의하여 용해유리는 유리관으로 성형되고, 중공관의 성형을 위하여 공기의 압력을 충분히 유지시켜 연속적인 길이의 유리관을 제조한다. 그리고 드로잉되는 유리관은 수평컨베이어에 의하여 이송되면서 회전된다.
벨로법에 의한 유리관의 제조에 있어서는, 유리용해로의 훠어스로부터 공급되는 용해유리가 공기를 흘려 보내는 내화관(耐火管)을 둘러싸는 환형 공간을 통하여 수직으로 흐르면서 드로잉되어 유리관으로 성형되며, 드로잉되는 유리관은 수평컨베이어에 의하여 이송되면서 회전된다. 이때, 공기의 압력, 용해유리의 드로잉속도, 온도 등의 조절에 의하여 드로잉되는 유리관의 직경 및 두께를 조절하여 소망하는 유리관을 제조한다.
이와 같은 단너법과 벨로법 모두에서 연속적인 길이의 유리관은 수평컨베이어 위에서 드로잉시키고 있으며, 유리관의 치수 조건을 만족시키기 위하여 드로잉중에 유리관을 회전시키고 있다. 그런데 단너법과 벨로법에 있어서는 유리관의 성형을 위하여 공기를 블로잉하고 있기 때문에 유리관의 드로잉속도가 빠르고, 크기오차가 커서 정밀도가 떨어지며, 휨 현상이 발생하는 문제를 수반하고 있다. 또한, 유리용해로의 규모가 크기 때문에 많은 설비 비용이 투자되어야 하는 단점이 있다.
한편, 냉음극 형광램프에 적합한 외경 2∼5mm 정도의 세경 유리관을 제조하기 위하여 소형 내화실린더를 채용하는 단너법에 의하여 유리관을 제조하고 있으나, 유리관의 휨 현상, 치수 불균일 등 품질이 저하되는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 유리용해로의 유리용해량 대비 양적으로 1/10 이하 수준의 유리관을 성형하는 양적 불균형으로 용해손실이 커서 효율성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 단너법과 벨로법에 의하여 외경이 큰 모유리관을 제조한 후, 이것을 프리폼(Preform)으로 하여 재가열하면서 다시 드로잉하는 리드로법(Redraw process)으로 세경 유리관을 제조하고 있다. 그러나 리드로법은 공정수의 증가로 제조원가가 상승되고, 수율이 낮은 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 외경 1∼5mm 정도, 두께 0.1∼0.6mm 정도의 세경 유리관을 정밀하고 효율적으로 제조할 수 있는 유리관의 제조장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유리용해로의 용해량과 유리관의 성형량에 대한 양적 균형을 적절하고 효율적으로 유지시켜 수율을 크게 향상시킬 수 있는 유리관의 제조장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 포밍다이, 압출다이와 드로잉속도의 제어에 의하여 유리관의 치수를 간편하게 변경하여 제조할 수 있으며, 공기의 블로잉 없이 냉음극 형광램프의 제조에 적합한 휨 현상이 없는 양호한 품질의 세경 유리관을 제조할 수 있는 유리관의 제조장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 유리원료를 용해유리로 용해하는 유리용해로의 하류에 연결되고, 용해유리를 직하방으로 인출할 수 있도록 단면적이 하류를 향하여 단계적으로 감소되는 계단식 오리피스가 형성되어 있는 피더와; 피더의 온도를 제어하여 용해유리의 점도를 조절할 수 있도록 피더를 둘러싸는 가열수단과; 피더의 오리피스에 장착되고, 피더의 오리피스를 통하여 인출되는 용해유리의 흐름을 관상으로 유도할 수 있는 맨드릴을 갖는 포밍다이와; 포밍다이와 연속하도록 장착되며, 피더의 오리피스를 통과하는 용해유리의 외경을 결정하는 압출다이와; 상기 압출다이를 통과하는 유리관을 드로잉하는 것으로, 상기 유리관의 외면에 접촉할 수 있도록 상기 유리관의 이송방향 양측에 배열되는 유연성을 갖는 다수의 캡스턴롤러들과, 상기 캡스턴롤러들을 회전시키는 구동력을 제공하는 서보모터와, 상기 서보모터의 구동력을 상기 캡스턴롤러들에 전달하는 전동기구로 된 드로잉수단으로 이루어지며; 포밍다이의 맨드릴은 피더의 오리피스에 맞춤되는 림의 중앙에 배치되어 림과 방사상을 이루는 다수의 연결대에 의하여 연결되고, 맨들릴은 상측에서 하측을 향하여 점진적으로 좁아지는 직경을 갖는 테이퍼부와 이 테이퍼부의 하단에 직하방으로 연장되는 직선관부로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리관의 제조장치에 있다.
본 발명의 다른 특징은, 유리용해로에서 유리원료를 용해유리로 용해하여 하류의 피더로 공급하는 단계와; 피더의 온도를 제어하여 용해유리의 점도를 105～107.6 Paㆍs 정도로 조절하는 단계와; 피더의 계단식 오리피스, 포밍다이와 압출다이를 통하여 용해유리를 관상으로 성형하는 단계와; 압출다이를 통과하여 경화되는 유리관을 직하방으로 드로잉하는 단계로 이루어지는 유리관의 제조방법에 있다.
이하, 본 발명에 따른 유리관의 제조장치 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유리관의 제조장치는 배치(Batch)라 부르고 있는 유리원료(1)를 용해유리(2)로 용해하여 공급하는 유리용해로(10)를 구비한다. 유리용해로(10)는 투입되는 유리원료(1)를 용해유리(2)로 실질적으로 용해하는 멜터(Melter: 11)와, 멜터(11)로부터 공급되는 용해유리(2)를 기포, 이질유리가 제거되도록 열적, 화학적 및 물리적으로 균질화시키는 리파이너(Refiner: 12)와, 용해유리를 균질화 및 균온화시켜 인출하기 위한 훠어스(13)가 연속적으로 연결되어 구성된다. 유리용해로(10)의 멜터(11), 리파이너(12)와 훠어스(13)는 모두 내화물로 축조되어 있다.
또한, 멜터(11)의 상류에 유리원료(1)를 투입하기 위한 도그하우스(Dog house: 11a)가 형성되어 있으며 하류에는 리파이너(12)와 연결되는 용해유리(2)의 유로를 형성하도록 바닥으로부터 이격되는 스로트(Throat: 11b)가 형성되어 있다. 리파이너(12)의 하류에는 훠어스(13)와 연결되는 용해유리(2)의 유로를 형성하도록 바닥으로부터 이격되는 스로트(12a)가 형성되어 있다. 훠어스(13)의 바닥 중앙에는 스로트(13a)가 형성되어 있으며, 훠어스(13)에는 스로트(13a)를 승강운동에 의하여 열고 닫는 플런저(Plunger: 14)가 설치되어 있다. 플런저(14)는 작동수단으로 유압실린더(15)에 의하여 승강되면서 훠어스(13)의 스로트(13a)를 개폐하여 인출되는 용해유리(2)의 유량을 제어한다. 작동수단은 서보모터와, 서보모터의 구동에 의하여 회전운동되는 리드스크루와, 리드스크루를 따라 나사운동되며 플런저(14)에 고정되어 있는 너트로 구성할 수도 있다.
유리용해로(10)의 멜터(11), 리파이너(12)와 훠어스(13) 각각에는 유리원료 (1)와 용해유리(2)의 용해를 위한 열에너지를 제공하는 복수의 전기부스팅장치 (Electric boosting device: 16)가 설치되어 있다. 전기부스팅장치(16)는 양극이 되는 판형상의 백금전극(Platinum electrode plate) 또는 봉형상의 몰리브덴전극 (Molybdenum electrode bar)과 음극이 되는 그라운드전극으로 구성할 수 있다. 백금전극 또는 몰리브덴전극 각각에 고전압을 인가시키면, 용해유리(2) 자체가 저항발열체로 작용하여 전기저항발열을 일으켜 열을 발생시키므로, 유리원료(1)와 용해유리(2)를 충분히 용해시킬 수 있다. 그리고 유리용해로(10)의 멜터(11)에는 유리용해로(10)의 초기운전을 위하여 멜터(11)를 승온시키는 가열수단으로 잘 알려진 가스버너가 설치되어 있다. 유리용해로(10)의 리파이너(12)와 훠어스(13)에는 용해유리(2)의 컨디셔닝(Condition), 즉 균질화와 균온화를 위하여 용해유리(2)의 상층에 냉각용 공기를 공급하는 공기공급장치(20)의 덕트(21)가 연결되어 있다. 공기공급장치(20)는 잘 알려진 송풍기로 구성할 수 있다.
한편, 훠어스(13)의 하류에는 스로트(13a)를 통하여 용해유리(2)의 점도를 조절하는 피더(Feeder: 30)가 연결되어 있다. 유리용해로(10)의 멜터(11)에서 용해되는 용해유리(2)는 리파이너(12)를 경유하면서 기포, 이질유리층 등이 제거되어 훠어스(13)로 공급되며, 훠어스(13)에서 용해유리(2)의 점도는 104 Pa·s 정도로 유지된다. 플런저(14)의 상승에 의하여 용해유리(2)는 훠어스(13)로부터 스로트(13a)를 통하여 피더(30)로 공급된 후, 피더(30)의 오리피스(Orifice: 31)를 통하여 인출된다.
도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 피더(30)의 오리피스(31)는 상측에서 하측을 향하여 제1 내지 제3 내경(31a∼31c)이 단계적으로 좁아지는 삼단의 계단식 구조로 형성되어 있다. 그리고 피더(30)에는 피더(30)의 온도를 조절하여 용해유리(2)의 점도를 조절하는 가열수단으로 피더(30)를 둘러싸는 히터(32)가 설치되어 있다. 히터(32)는 피더(30)의 온도를 조절하여 용해유리(2)의 점도를 105∼107.6 Pa·s 정도로 유지시킨다.
또한, 본 발명의 제조장치는 피더(30)의 오리피스(31)에 장착되어 오리피스 (31)를 통하여 인출되는 용해유리(2)를 유리관(3)으로 성형하는 포밍다이(Forming die: 40)와 압출다이(50)를 구비한다. 포밍다이(40)는 오리피스(31)의 제1 내경 (31a)에 맞춤되는 림(Rim: 41)과, 림(41)의 중앙에 배치되어 용해유리(2)의 흐름을 관상으로 유도하는 대략 역원추절두형의 맨들릴(Mandrel: 42)과, 림(41)과 맨들릴 (42) 사이에 용해유리(2)의 유로(43)를 형성할 수 있도록 림(41)과 맨드릴(42)을 방사상으로 연결하는 다수의 연결대(44)로 구성되어 있다.
도 2에 자세히 도시되어 있는 바와 같이, 맨드릴(42)은 오리피스(31)의 제2 및 제3 내경(31b, 31c)에 배치되어 있고 상측에서 하측을 향하여 점진적으로 좁아지는 직경을 갖는 테이퍼부(42a)와, 테이퍼부(42a)의 하단에 직하방으로 연장되어 있으며 동일한 직경을 갖는 직선관부(42b)로 구성되어 있다. 오리피스(31)의 제2 및 제3 내경(31b, 31c)과 맨드릴(42)의 테이퍼부(42a) 사이에는 직선관부(42b)를 향하여 단면적이 점진적으로 줄어드는 유로(45)가 형성된다. 압출다이(50)는 오리피스(31)의 제3 내경(31c)을 통과하는 용해유리(2)의 외경을 제한할 수 있도록 제3 내경(31c)에 연속하는 압출구멍(51)을 가지며, 압출구멍(51)의 상측에는 맨드릴 (42)의 직선관부(42b)가 진입되어 직선관부(42b)와 압출구멍(51) 사이에 유로(52)를 형성한다. 압출구멍(51)의 내경에 의하여 압출구멍(51)을 최종적으로 통과하는 유리관(3)의 외경이 결정된다.
도 1과 도 5를 참조하면, 본 발명의 제조장치는 피더(30)의 오리피스(31)를 통하여 인출되는 유리관(3)을 드로잉시킬 수 있도록 드로잉하는 한쌍의 드로잉장치 (60)를 구비하며, 드로잉장치(60)는 오리피스(31)의 직하방 양측에 설치되어 있다. 드로잉장치(60)는 유리관(3)의 외면에 접촉할 수 있도록 유리관(3)의 이송방향 양측에 배열되어 있는 유연성을 갖는 다수의 캡스턴롤러(61)들과, 이 캡스턴롤러(61)들을 회전시키는 구동력을 제공하는 서보모터(62)와, 서보모터(62)의 구동력을 캡스턴롤러(61)들에 전달하는 전동기구(63)로 구성되어 있다. 전동기구(63)는 서보모터(62)의 구동축(62a)에 장착되어 있는 원동스프로킷(63a)과, 캡스턴롤러(61)들 각각에 장착되어 있는 종동스프로킷(63b)들과, 원동스프로킷(63a)과 종동스프로킷 (63b)들에 감아걸리는 체인(63c)으로 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서 한쌍의 드로잉장치(60)중 어느 하나의 드로잉장치(60)는 그 캡스턴롤러(61)를 무구동 방식으로 구성할 수도 있다. 그리고 캡스턴롤러(61)들 사이의 간격은 잘 알려진 핸들의 조작에 의하여 회전되는 리드스크루와 이 리드스크루를 따라 나사운동할 수 있도록 체결되며 드로잉장치(60)에 고정되는 나사로 이루어지는 간격조절기구에 의하여 조절할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 압출다이(50)와 드로잉장치(50) 사이에는 유리관(3)의 외경을 측정하는 외경측정수단으로 레이저간섭측정기(70)가 설치되어 있다. 레이저간섭측정기(70)는 레이저빔을 발신하는 레이저빔발신기(71)와, 이 레이저빔발신기(71)로부터 발신되는 레이저빔을 수신하여 유리관(3)의 외경값을 산출하는 레이저빔수신기(72)로 구성되어 있다. 레이저간섭측정기(70)의 레이저빔수신기(72)는 컨트롤러(80)에 인터페이스되어 있고, 컨트롤러(80)는 레이저빔수신기(72)로부터 입력되는 유리관(3)의 외경값을 처리하여 유압실린더(15), 히터(32), 서보모터(62)의 작동을 제어한다. 그리고 드로잉장치(60)의 하류에는 드로잉장치(60)를 통과하는 유리관(3)의 소요의 길이로 절단하는 절단장치(90)가 설치되어 있다.
지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유리관의 제조장치에 의하여 유리관을 제조하는 방법을 도 6을 참조하여 설명한다.
도 1을 함께 참조하면, 우선 멜터(11)의 도그하우스(11a)를 통하여 소요의 유리관(3)을 제조하기 적합하게 조성한 유리원료(1)를 멜터(11)에 투입하여 용해한다(S100). 예를 들어 냉음극 형광램프용 유리관의 유리원료는 SiO2 67.7중량%, B2O 3 18.5중량%, Al2O3 3.8중량%, Li2O 0.9중량%, Na2O 0.9중량%, K2O 7.6중량%, ZrO2 0.3중량%, CeO2 0.3중량%로 조성할 수 있다. 유리용해로(10)의 멜터(11)에서는 초기운전시 가스버너 등의 가열수단에 의하여 유리원료(1)의 용해에 적합한 온도로 승온을 실시한다. 초기 유리원료(1)의 용해가 이루어지면, 전기부스팅장치(16)의 작동에 의하여 유리원료(1)의 용해를 실시한다. 멜터(11)에서는 투입되는 유리원료(1)를 1,550℃ 정도에서 48시간 정도로 용해시킨다.
다음으로, 유리용해로(10)의 멜터(11)에서 용해되는 용해유리(2)는 스로트 (11b)를 통하여 리파이너(12)로 흐른 후, 리파이너(12)의 스로트(12a)를 통하여 훠어스(13)로 공급된다(S102). 리파이너(12)와 훠어스(13)에서는 전기부스팅장치(16)에 작동에 의한 용해유리(2)의 용해와 공기공급장치(20)의 덕트(21)를 통하여 용해유리(2)의 상층에 냉각용 공기를 공급하여 용해유리(2)의 컨디셔닝을 병행한다. 리파이너(12)에서는 1,300℃ 정도에서 용해유리(2)를 열적, 화학적 및 물리적으로 균질화시킴으로써, 기포, 이질유리층 등을 제거한다. 훠어스(13)에서는 1,100℃ 정도에서 용해유리(2)를 균질화 및 균온화시켜 용해유리(2)의 점도를 104 Pa·s 정도로 유지시킨다. 이때, 훠어스(13)의 스로트(13a)는 플런저(14)에 의하여 폐쇄되어 있다.
한편, 플런저(14)의 승강에 의하여 훠어스(13)의 스로트(13a)가 개방되면, 훠어스(13)의 용해유리(2)가 스로트(13a)를 통하여 피더(30)로 공급된다(S104). 히터(32)의 작동에 의하여 피더(30)의 온도를 700∼1,000℃ 정도, 바람직하기로는 850℃ 정도로 제어하여 용해유리(2)의 점도를 105∼107.6 Pa·s 정도로 유지시킨다 (S106). 용해유리(2)의 점도가 105 Pa·s 미만일 경우 압출다이(50)의 압출구멍(51)를 통과하면서 드로잉되는 유리관(3)이 내측으로 함몰되면서 치수 불량이 발생되며, 107.6 Pa·s 보다 커지면 용해유리(2)의 드로잉 자체가 어려워진다. 유리관(3)의 내경과 외경은 용해유리(2)의 온도, 직선관부(42b)의 외경과 드로잉속도 등에 의하여 조절할 수 있다.
계속해서, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 피더(30)에서 점도가 조절된 용해유리(2)는 포밍다이(40)의 유로(43)를 통하여 오리피스(31)의 제2 및 제3 내경 (31b, 31c)과 포밍다이(40)의 테이퍼부(42a) 사이에 형성되어 있는 유로(45)를 순차적으로 통과하게 되며, 이때 용해유리(2)의 유량이 단계적으로 감소된다. 용해유리(2)는 포밍다이(40)의 직선관부(42b)와 압출다이(50)의 압출구멍(51) 사이에 형성되어 있는 유로(52)를 통과하면서 드로잉되어 유리관(3)으로 성형된다(S108). 본 실시예에 있어서 압출구멍(51)의 내경은 1∼25mm 정도로 유지하고, 직선관부(42b)와 압출구멍(51) 사이의 간격은 0.1∼1.2mm 정도로 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의해서는 종래 단너법과 벨로법에서 실시되었던 공기의 블로잉을 배제시키고서도 직경 1∼25mm 정도, 두께 0.1∼1.2mm 정도의 유리관(3)을 제조할 수 있다. 특히, 직선관부(42b)의 외경, 압출구멍(51)의 내경과 드로잉속도의 조절에 의하여 외경 1∼5mm 정도, 두께 0.1∼0.6mm 정도, 외경 및 두께 편차 ±0.02mm 이하의 정밀도를 갖는 세경 유리관을 효율적으로 제조할 수 있다.
또한, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 압출다이(50)의 압출구멍(51)을 통과한 유리관(3)은 대기중에 노출되면서 자연냉각되어 경화된다(S110). 레이저간섭측정기(70)의 레이저빔발신기(71)는 유리관(3)에 대하여 레이저빔을 발신하고, 레이저빔수신기(72)는 유리관(3)을 투과하는 레이저빔을 수신하여 유리관(3)의 외경을 측정하여 그 외경값을 컨트롤러(80)에 입력한다(S112). 컨트롤러(80)는 레이저간섭측정기(70)의 레이저빔수신기(72)로부터 입력되는 외경값을 프로그램에 의하여 처리하여 플런저(14), 히터(32), 서보모터(62)의 작동을 제어함으로써, 유리관(3)의 치수를 만족시킬 수 있도록 용해유리(2)의 유량, 드로잉속도 등을 제어한다 (114).
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 압출다이(50)의 압출구멍(51)을 통과하여 경화된 유리관(3)은 드로잉장치(60)의 캡스턴롤러(61)들 사이에 개재되면서 캡스턴롤러(61)에 접촉된다. 드로잉장치(60)의 서보모터(62)가 구동되면, 서보모터(62)의 구동력은 전동기구(63)의 원동스프로킷(63a), 종동스프로킷(63b)과 체인(63c)에 의하여 캡스턴롤러(61)에 전달되고, 이에 따라 회전하는 캡스턴롤러(61)는 유리관(3)을 직하방으로 잡아끌어 유리관(3)의 연속적인 드로잉을 원활하게 유지시킨다 (S116). 이와 같은 드로잉장치(60)의 드로잉에 의하여 길이 1.5m에 대한 휨 정도가 0.2mm 이하인 세경 유리관(3)을 정밀하게 제조할 수 있다. 또한, 드로잉장치(60)에 의한 유리관(3)의 드로잉속도, 즉 유리관(3)의 이송속도를 30m/min로 유지하여 외경 2.6±0.02mm, 두께 0.3±0.01mm의 휨없는 세경 유리관(3)을 제조할 수 있으며, 이러한 세경 유리관(3)은 냉음극 형광램프용 유리관으로 적합하다. 마지막으로, 드로잉장치(60)를 지난 유리관(3)은 절단장치(90)에 의하여 소요의 길이로 절단한다 (S118).
한편, 본 발명의 제조장치와 방법에 의하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 8의 유리관과 종래의 단너법에 의하여 제조한 비교예 1 내지 비교예 4의 유리관에 대한 차이를 알아보기 위하여 외경(mm), 외경 편차(mm), 두께(mm), 두께 편차(mm)와 휨 발생여부를 측정하여 표 1에 나타냈다. 실시예 1 내지 실시예 8과 비교예 1 내지 비교예 4의 유리관은 동일한 조성의 유리원료로 제조하였다. 유리관의 외경과 외경 편차는 마이크로미터에 의하여 측정하였으며, 두께와 두께 편차는 광학현미경으로 측정하였다. 그리고 유리관의 휨 발생여부는 15도 각도로 경사진 2m x1.5m 크기의 평판 위에서 길이 1.5m의 유리관을 굴려 똑바로 굴러가는 정도로 판단하였다.
구분 외경 외경 편차 두께 두께 편차 휨 발생여부
실시예 1 2.6 ±0.02 0.3 ±0.01 X
실시예 2 2.4 ±0.02 0.2 ±0.01 X
실시예 3 3.0 ±0.02 0.4 ±0.01 X
실시예 4 4.5 ±0.02 0.5 ±0.01 X
실시예 5 5.0 ±0.02 0.6 ±0.01 X
실시예 6 2.0 ±0.02 0.2 ±0.01 X
실시예 7 1.5 ±0.02 0.2 ±0.01 X
실시예 8 1.0 ±0.02 0.1 ±0.01 X
비교예 1 7.0 ±0.05 0.7 ±0.05 X
비교예 2 5.0 ±0.05 0.6 ±0.05 X
비교예 3 3.0 ±0.05 0.5 ±0.05 O
비교예 4 2.6 ±0.05 0.3 ±0.05 O
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조장치와 방법에 의하여 제조한 실시예 1 내지 실시예 8의 유리관은 외경 1∼5mm, 외경 편차 ±0.02mm, 두께 0.1∼0.6mm, 두께 편차 ±0.01mm의 정밀도를 가지며, 휨 현상이 전혀 발생되지 않는 것으로 나타냈다. 이와 같이 본 발명의 제조장치와 방법에 의해서는 냉음극 형광램프의 규격을 만족하는 세경 유리관을 정확하고 효율적으로 제조할 수 있음이 입증되었다.
종래의 단너법에 의하여 제조한 비교예 1과 비교예 2의 유리관에는 휨 현상이 발생하지 않았으나, 외경, 외경 편차, 두께와 두께 편차가 크게 발생하여 냉음극 형광램프의 제조에 부적합한 것을 알 수 있다. 비교예 3과 비교예 4의 유리관은 외경과 두께는 양호한 편이나, 외경 편차와 두께 편차가 크게 나타나고, 특히 휨의 발생으로 냉음극 형광램프의 제조에 부적합한 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 제조장치에 있어서 외경 1~5mm의 세경 유리관을 제조할 경우, 유리용해로(10)의 용해량에 대하여 유리관의 성형량을 80% 이상의 수준으로 유지시켜 효율적으로 제조할 수 있다. 그리고 유리용해로(10)의 용량이 종래의 단너법에 적용되는 유리용해로의 용량에 비해 약 1/100 정도로 작은 500~1,000kg 정도의 소용량으로도 유리관을 충분히 제조할 수 있다. 따라서, 유리용해로(10)의 설비에 소요되는 비용을 대폭적으로 절감시킬 수 있으며, 유리용해로(10)의 운전에 필요한 에너지의 사용량을 최소화시켜 유리관의 제조비를 크게 절감시킬 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유리관의 제조장치 및 그 방법에 의하면, 유리관의 성형에 적합한 최적의 점도를 유지시킨 후 계단식 오리피스, 포밍다이와 압출다이를 통하여 유리관을 성형시키면서 드로잉장치에 의하여 유리관의 드로잉속도를 제어함으로써, 세경 유리관을 정밀하고 효율적으로 제조할 수 있으며, 유리용해로의 용해량과 유리관의 성형량에 대한 양적 균형을 적절하고 효율적으로 유지시켜 수율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 포밍다이, 압출다이와 드로잉속도의 제어에 의하여 유리관의 치수를 간편하게 변경하여 제조할 수 있고, 특히 공기의 블로잉 없이 냉음극 형광램프의 제조에 적합한 휨 현상이 없는 양호한 품질의 세경 유리관을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유리관의 제조장치를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 유리관의 제조장치에서 피더의 오리피스, 포밍다이와 압출다이의 구성을 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도,
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도,
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 유리관의 제조장치에서 드로잉장치의 구성을 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 유리관의 제조방법을 설명하기 위하여 나타낸 흐름도이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
2: 용해유리 3: 유리관
10: 유리용해로 11: 멜터
12: 리파이너 13: 훠어스
14: 플런저 20: 공기공급장치
30: 피더 31: 오리피스
32: 히터 40: 포밍다이
42: 맨드릴 50: 압출다이
60: 드로잉장치 61: 캡스턴롤러
62: 모터 63: 전동기구
70: 레이저간섭측정기 80: 컨트롤러

Claims (6)

  1. 유리원료를 용해유리로 용해하는 유리용해로의 하류에 연결되고, 상기 용해유리를 직하방으로 인출할 수 있도록 단면적이 하류를 향하여 단계적으로 감소되는 계단식 오리피스가 형성되어 있는 피더와;
    상기 피더의 온도를 제어하여 상기 용해유리의 점도를 조절할 수 있도록 상기 피더를 둘러싸는 가열수단과;
    상기 피더의 오리피스에 장착되고, 상기 피더의 오리피스를 통하여 인출되는 상기 용해유리의 흐름을 관상으로 유도할 수 있는 맨드릴을 갖는 포밍다이와;
    상기 포밍다이와 연속하도록 장착되며, 상기 피더의 오리피스를 통과하는 상기 용해유리의 외경을 결정하는 압출다이와;
    상기 압출다이를 통과하는 유리관을 드로잉하는 것으로, 상기 유리관의 외면에 접촉할 수 있도록 상기 유리관의 이송방향 양측에 배열되는 유연성을 갖는 다수의 캡스턴롤러들과, 상기 캡스턴롤러들을 회전시키는 구동력을 제공하는 서보모터와, 상기 서보모터의 구동력을 상기 캡스턴롤러들에 전달하는 전동기구로 된 드로잉수단으로 이루어지며;
    상기 포밍다이의 맨드릴은 상기 피더의 오리피스에 맞춤되는 림의 중앙에 배치되어 상기 림과 방사상을 이루는 다수의 연결대에 의하여 연결되고, 상기 맨들릴은 상측에서 하측을 향하여 점진적으로 좁아지는 직경을 갖는 테이퍼부와 이 테이퍼부의 하단에 직하방으로 연장되는 직선관부로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리관의 제조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 피더와 드로잉수단의 사이에 설치되어 상기 유리관의 외경을 측정하는 레이저간섭측정기와, 상기 레이저간섭측정기로부터 입력되는 상기 유리관의 외경값을 처리하여 상기 드로잉수단의 작동을 제어하는 컨트롤러를 더 구비하는 유리관의 제조장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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