KR100552609B1

KR100552609B1 - 유리의 성형 방법 및 성형 장치

Info

Publication number: KR100552609B1
Application number: KR1020030019165A
Authority: KR
Inventors: 후쿠야마사토시; 무라코시히로시; 마츠무라스사쿠
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2006-02-20
Also published as: TW200304430A; TW593174B; US7134298B2; KR20030078715A; US20030182964A1

Abstract

본 발명의 목적은 성형 다이 및 프리폼을 균일하게 가열하는 동시에, 성형의 산화를 방지할 수 있는 유리의 성형 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 유리 성형 방법에서는, 성형실(17) 안의 한 쌍의 성형 다이(4, 11) 사이에 프리폼(50)을 세팅하고, 불활성 가스 분위기 속에서 성형 다이(4, 11) 및 프리폼(50)을 가열한다. 성형 다이가 제1 설정 온도에 도달한 후에 성형실(17) 안의 진공 배기를 시작하고, 성형실(17) 안이 소정의 압력에 도달하며, 또한 성형 다이가 제2 설정 온도로 안정된 후에, 프리폼(50)을 프레스 성형한다. 바람직하게는, 성형실(17) 안의 진공 배기를 행할 때의 배기 속도를 소정값 이하로 제한함으로써 성형 다이(11) 상에서 프리폼(50)이 이동하는 것을 방지한다.

Description

유리의 성형 방법 및 성형 장치{PRESS-FORMING METHOD AND MACHINE FOR GLASS}

도 1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 유리 성형 장치의 한 가지 예를 도시하는 개략 단면도이다.

도 2는 본 발명의 방법에 기초하여 성형 다이 및 프리폼을 가열했을 때의 성형 다이의 온도 변화를 도시한 도면이다.

도 3은 종래의 방법에 기초하여 성형 다이 및 프리폼을 가열했을 때의 성형 다이의 온도 변화를 도시하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 유리 성형 장치의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1 : 프레임

2 : 고정축

3 : 단열통

4 : 상형(上型)

5 : 다이 플레이트

6 : 코아

7 :캐비티 플레이트

8 : 구동 장치

9 : 이동축

11 : 하형(下型)

15 : 슬라이드 플레이트

16 : 석영 유리관

17 : 성형실

18 : 외통

22, 23 : 가스 공급 경로

31 : 진공 배기 라인

32 : 진공계

37 : 가스 배출 라인

38 : 가스 배출 밸브

40 : 유동 저항 요소

50 : 프리폼

본 발명은 유리의 성형 방법 및 그것에 사용되는 장치에 관한 것이다.

광학 렌즈 등의 고정밀도가 요구되는 유리제 소자의 제조 방법은 유리 소재 를 연삭 및 연마하여 제조하는 것과, 유리 소재를 고온[elevated temperature] 하에서 프레스 성형하여 제조하는 것의 2개로 대별된다.

광학 렌즈를 제조할 때에는 일반적으로 전자의 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이 방법에서는, 곡면의 형성에 10개 이상의 공정이 필요하기 때문에, 작업자에 대하여 유해한 유리 연삭 가루가 다량으로 발생한다고 하는 문제가 있다. 더욱이, 이 방법에는 부가가치가 높은 비구면(非球面) 형상의 광학면을 갖는 렌즈를 동일한 정밀도로 대량으로 제조하는 것이 어렵다고 하는 문제도 있다.

한편, 후자의 방법에서는, 용융한 유리를 몰드 안에서 냉각하여 프리폼(preform)을 제작하고, 이 프리폼을 재차 가열하여 프레스 성형을 행한다. 이것에 의해, 프리폼에 성형 다이(press dies)의 형상이 전사되어 광학 렌즈 등을 얻을 수 있다. 이 방법에는 곡면의 형성에 필요한 공정이 프레스 성형의 하나의 공정만으로 끝난다고 하는 이점이 있다. 또한, 이 방법은 일반 성형 다이를 준비하면, 성형 다이의 정밀도에 따른 성형품을 대량으로 제조할 수 있다고 하는 이점도 있다.

프레스 성형에 의한 방법의 경우, 성형 다이의 수명의 증대를 꾀하기 위해서 프레스 성형시, 성형 다이 주위의 분위기는 불활성 분위기 또는 진공 분위기인 것이 바람직하다. 따라서, 프레스에 의한 방법은 개략적으로 다음과 같은 단계로 이루어진다. 즉, 우선, 성형 다이 사이에 프리폼을 세팅하고, 성형 다이 및 프리폼이 수용되어 있는 성형실 안을 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기로 한 후, 적외선 램프(또는 고주파 가열 장치)를 이용하여 성형실 안을 가열한다. 프리폼이 소정의 온도에 도달한 후, 성형 다이를 이용하여 프리폼을 프레스 성형한다. 계속해서, 성형품을 냉각시켜 회수한다.

최근, 광 통신 분야나 의료 분야에서 다양한 유리제 소자가 사용되고 있다. 그 중에서도, 열팽창이 적고, 불순물이 적으며, 자외선 투과율이 좋다는 등의 이유로 석영 유리제의 광학 소자가 주목받고 있다. 석영 유리제의 광학 소자에는 마이크로 렌즈 어레이 등의 형상이 복잡한 것이나, 초소형에서 대형에 이르기까지 다양한 종류가 있다.

통상의 광학 렌즈를 성형하는 경우에는, 프레스 성형 온도는 겨우 700℃ 정도이다. 그러나, 석영 유리제의 광학 소자의 경우에는, 프레스 성형 온도가 약 1400℃로 높다. 이러한 높은 온도로 프레스 성형을 행하기 위해서는 고출력의 적외선 램프를 이용할 필요가 있다.

적외선 램프를 이용하여 가열하고 있을 때 또는 설정 온도로 유지하고 있을 때에, 성형실 안을 진공 배기하면, 불활성 가스의 흐름에 의해 성형 다이 및 그 주위 부재로부터 열을 빼앗겨 성형 다이 및 프리폼의 온도가 약간 저하된다. 특히, 고출력 적외선 램프를 사용한 경우에는, 설정 온도를 유지하기 위한 적외선 램프의 온·오프 동작에 따라 온도 헌팅(hunting)이 생겨 성형품의 정밀도에 악영향을 부여하는 경우가 있다.

성형 다이 및 프리폼 주위가 불활성 가스에 의한 가스 분위기라면, 가스 분위기로부터 성형 다이나 프리폼으로의 열전도가 있다. 가스 분위기는 대류에 의해 균열화(均熱化)되기 때문에, 성형 다이나 프리폼에 균등하게 열을 전달할 수 있다. 이에 반하여 성형실 안을 배기한 후에 가열을 행하려고 하면, 적외선 램프로부터의 복사만으로 열이 전달되게 된다. 그 경우, 프리폼은 투명하기 때문에, 적외선이 프리폼을 투과하여 프리폼은 직접적으로는 가열되지 않고, 성형 다이로부터의 열전도에 의해 간접적으로 가열된다.

통상, 자주 이용되고 있는 렌즈용 프리폼에서는, 성형 다이와 접하는 면적은 적고, 그곳으로부터만 열이 전달되기 때문에, 프리폼과 성형 다이 사이에 큰 온도차가 생긴다. 더욱이, 성형 다이의 외측으로부터 적외선 램프로 가열을 하고 있기 때문에, 성형 다이의 부위에 따라서는 성형 다이 자신의 그림자가 드리워지는 장소도 있고, 복사만의 가열에서는 온도차가 생기기 쉬워진다.

전술한 바와 같이, 성형 다이의 산화를 방지하기 위해 불활성 가스를 이용하여 성형실 안을 퍼지하여 공기를 배제한 후, 성형실 안을 불활성 가스로 채우는 방법이 있다. 그러나, 다이면의 미세부에 유지되어 있는 공기를 완전히 배제하기가 어렵기 때문에, 성형 다이의 산화를 방지하는 것은 용이하지 않다. 또한, 성형 다이가 불활성 가스 분위기 속에 있는 경우에는, 성형 다이로부터 프리폼으로의 전사의 충실도가 나빠진다. 성형실 안을 불활성 가스로 채우는 것보다도, 성형실 안을 저압으로 하는 편이 성형 다이의 산화 방지 및 전사의 충실도 향상에 효과가 있다. 따라서, 성형실 안을 저압으로 하는 방법이 널리 채용되고 있다.

그러나, 상압(常壓)과 저압에서는 성형실 안에서 열적 거동이 다르다. 상압 하에서 피드백 제어를 행하여 설정 온도를 유지하고 있어도, 진공 배기시에, 불활 성 가스의 흐름에 의해 온도가 변화되기 때문에, 온도가 안정될 때까지 시간이 걸린다. 때로는, 온도의 헌팅이 수습되지 않는 경우도 있다. 성형실 안의 온도가 안정되지 않으면, 고품질의 성형품을 얻기는 어렵다. 특히, 헌팅이 커져 온도가 너무 올라가면, 프리폼을 구성하고 있는 유리가 열 분해되어 투명도가 저하되고, 광학 소자로서의 사양을 만족시키기 어렵게 된다.

더욱이, 진공 배기를 시작했을 때의 가스의 흐름에 의해 성형 다이 상에서 프리폼이 움직여 성형품의 형상 정밀도가 나빠진다고 하는 문제도 있다.

본 발명의 목적은 성형 다이 및 프리폼을 균일하게 가열하는 동시에, 성형 다이의 산화를 방지할 수 있는 유리의 성형 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 고출력 적외선 램프를 이용한 경우에도, 성형실 안을 진공 배기할 때에 생기는 온도의 헌팅을 억제할 수 있는 유리의 성형 방법을 제공하는 것에 있다. 더욱이, 본 발명의 목적은 성형실 안을 진공 배기할 때에, 성형 다이 상에서의 프리폼의 이동을 막을 수 있는 유리의 성형 방법을 제공하는 것에 있다.

<청구항 1>
본 발명의 유리 성형 방법은,
성형실 안의 한 쌍의 성형 다이 사이에 프리폼을 세팅하고;
불활성 가스 분위기 속에서 성형 다이 및 프리폼을 가열하며;
성형 다이가 성형 온도보다 낮은 제1 설정 온도에 도달한 후, 성형실 안의 진공 배기를 시작하고;

성형실 안이 불활성 기체가 제거된 저압 상태에 도달하고, 또한 성형 다이가 성형 온도에 해당하는 제2 설정 온도로 안정된 후에, 프리폼을 프레스 성형하는 것을 포함한다.

삭제

<청구항 3>

상기 온도의 헌팅은 예컨대, 진공 배기 속도를 조정함으로써 억제할 수 있다.

<청구항 4>

또한, 상기 온도의 헌팅은 온도를 PID 제어 방식을 이용하여 피드백 제어함으로써 억제할 수도 있다.

<청구항 5>

이 경우, 바람직하게는 상기 성형 다이 및 프리폼을 가열하는 도중에 PID 파라미터를 변경한다.

<청구항 6 및 7>

또, 상기 PID 파라미터의 변경은 예컨대 상기 성형 다이의 온도 또는 상기 성형실 안의 압력에 기초하여 행한다.

<청구항 8>

또, 상기 성형실 안을 진공 배기 할 때, 배기 속도를 상기 성형 다이 상에서 프리폼이 이동하는 것을 막을 수 있는 속도로 제한함으로써 성형 다이 상에서 프리폼의 이동을 막을 수 있다.

<청구항 9>

그 경우, 예컨대, 상기 배기 속도를 1700 Pa/sec 이하로 제한한다.

<청구항 10 및 11>

상기 성형실 안을 진공 배기할 때, 예컨대, 성형실과 진공 배기 장치 사이를 연결하는 진공 배기 라인 상에 설치된 밸브의 개방도를 성형 다이의 온도 또는 성형실 안의 압력에 기초하여 제어함으로써 배기 속도를 제한한다.

<청구항 12 및 13>

혹은, 진공 배기 라인 도중에 유동 저항 요소를 삽입함으로써 배기 속도를 작게 제한할 수도 있다. 그러한 유동 저항 요소로서, 예컨대, 버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 배플판(baffle plate), 구경을 좁힌 관, 구멍이 형성된 판, 다공질체 등을 들 수 있다.

<청구항 14>

상기 방법을 실시하기 위한 유리의 성형 장치는,

한 쌍의 성형 다이와;

성형 다이 및 이들 사이에 세팅된 프리폼을 가열하기 위한 히터와;

성형 다이의 배후에서 프레스 하중을 가하여 가열된 프리폼을 성형하기 위한 프레스 기구와;

성형 다이의 주위를 둘러싸고, 내부에 분위기 조정 가능한 공간을 형성하는 성형실과;

진공 배기 라인을 통해 성형실에 접속되고, 성형실 안을 진공 배기하기 위한 진공 배기 장치와;

배기 속도를 제한하기 위해 진공 배기 라인 도중에 마련된 유동 저항 요소를 구비한다.

본 발명에 의한 방법에서는, 불활성 가스 분위기 속에서 성형 다이 및 프리폼의 가열을 시작하고, 성형 다이가 제1 소정의 온도까지 상승한 후, 성형실 안의 진공 배기를 시작한다. 그 후, 성형실 안이 소정의 압력에 도달하고, 또한 성형 다이가 제2 소정의 온도로 안정된 후에, 프레스 성형을 행한다. 이와 같이 함으로써 성형 다이 및 프리폼을 균일하게 가열하는 동시에, 성형 다이의 산화를 방지할 수 있다. 여기서, 소정의 온도란 예컨대 진공 배기를 시작하는 온도가 800℃, 프레스 성형을 행하는 온도가 1400℃이다. 또한, 소정의 압력이란 예컨대 3 Pa이다.

또한, 본 발명에 의한 방법에서는, 온도의 헌팅을 억제하기 위해 성형실 안을 진공 배기할 때에 진공 배기 속도를 소정의 작은 값으로 제한한다. 이와 같이 하여, 성형 다이 및 그 주위 부재의 열이 진공 배기에 따른 가스의 흐름에 의해 급격히 빼앗기지 않도록 하고, 이것에 따라, 성형 다이 및 프리폼의 온도 저하를 방지한다. 그 결과, 고출력 적외선 램프를 이용하여 가열하는 경우에도, 성형실 안을 진공 배기했을 때의 온도의 헌팅이 억제되어 프레스 성형시의 조건을 안정시킬 수 있다. 더욱이, 온도의 헌팅이 억제됨으로써 프레스 성형에 필요한 사이클 타임을 단축시킬 수도 있다.

여기서, 진공 배기 속도에 대해서는 예컨대 성형실 안의 압력이 1×10⁵ Pa에서 3 Pa로 내려갈 때까지의 소요 시간이 30∼120초 정도가 되도록 조정한다. 또, 진공 배기 속도를 작게 제한하기 위해서 진공 배기구에 유동 저항 요소(버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 유량 조절 밸브, 다공질체 등)를 접속하고, 이 유동 저항 요소를 통해 성형실 안을 진공 배기하여도 좋다.

또, 진공 배기 속도를 작은 값으로 제한함으로써 성형실 내부 및 성형 다이의 온도가 상승함에 따라 성형실 안의 압력이 서서히 저하되게 된다. 성형 다이의 산화에는 성형실 안의 분위기 온도 및 산소 농도가 크게 영향을 미치기 때문에, 이 방법에 의해 성형 다이의 산화를 유효하게 방지할 수 있다.

더욱이, 진공 배기 속도를 작은 값으로 제한함으로써 진공 배기시의 성형 다이 상에서의 프리폼의 이동을 막을 수도 있다.

본 발명에 의한 다른 방법에서는, 온도의 헌팅을 억제하기 위해서 온도를 PID 제어 방식을 이용하여 피드백 제어한다. 이것에 의해, 진공 배기 속도를 조정한 경우와 마찬가지로 고출력의 적외선 램프를 이용하여 가열하는 경우에도, 성형실 안을 진공 배기했을 때의 온도의 헌팅이 억제되어 프레스 성형시의 조건을 안정시킬 수 있다.

바람직하게는, 가열 도중에 PID 파라미터(∼s)를 변경한다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 가열 중에 성형 다이의 온도(구체적으로는 온도 검출기로부터의 출력)가 800℃를 넘으면, 진공 배기를 개시하는 것으로 하고, 제어 루프에 사용되는 PID 파라미터를 성형 다이의 온도에 기초하여 변경한다. 예컨대, 성형 다이의 온도가 800℃ 미만에서는, PID 파라미터의 제1 세트, 800℃ 내지 1000℃에서는 PID 파라미터의 제2 세트, 1000℃를 넘으면 PID 파라미터의 제3 세트(3)라고 말할 수 있도록 PID 파라미터를 변경한다. PID 파라미터의 각 세트는 미리 실험에 기초하여 정해둔다.

혹은, PID 파라미터를 성형실 안의 압력(구체적으로는 압력 검출기로부터의 출력)에 기초하여 변경하여도 좋다. 예컨대, 상압에서 100 torr에 도달할 때까지는 PID 파라미터의 제1 세트, 100 torr에서 10 torr까지는 PID 파라미터의 제2 세트, 10 torr 미만에서는 PID 파라미터의 제3 세트라고 말할 수 있도록 PID 파라미터를 변경한다. PID 파라미터의 각 세트는 미리 실험에 기초하여 정해둔다.

기타, 온도 및 압력의 양자에 기초하여 가열중인 PID 파라미터를 연산에 의해 및 /또는 미리 작성되어 있는 표에서 선택함으로써 결정하여도 좋다.

도 1에 본 발명에 따른 방법의 실시에 사용되는 유리 성형 장치의 한 가지 예의 개략 단면도를 도시한다.

프레임(1)의 상부로부터, 고정축(2)이 하측을 향해 신장되어 있다. 그 하단에는 세라믹제의 단열통(3)을 통해 상형(上型; 4)이 부착되어 있다. 상형(4)은 금속제(또는 세라믹스제, 카본제)의 다이 플레이트(5), 세라믹스제(또는 초경합금제)의 코아(6) 및 코아(6)를 다이 플레이트(5)에 고정하는 동시에 다이면의 일부를 이루는 캐비티 다이(7)로 구성되어 있다. 단열통(3)은 질화규소 또는 탄화규소 등의 내열성 및 고온 강도를 구비한 세라믹스로 이루어진다.

프레임(1)의 하부에는 구동 장치(8)가 배치되어 있다. 이 예에서는, 구동 장치(8)는 구동원인 서보 모터(8a)와, 서보 모터(8a)의 회전 운동을 직선 연동 추진력으로 변환하는 스크류 잭에 의해 구성되어 있다. 구동 장치(8)의 상측에는 로 드 셀(8b)을 통해 이동축(9)이 고정되어 있다. 이동축(9)은 중간 플레이트(1a)를 관통하고, 고정축(2)에 대향하여 상측으로 신장되어 있다. 이동축(9), 제어 장치(29)에 입력된 프로그램에 의해 속도, 위치 및 하중이 제어되어 상하 이동한다.

이동축(9)의 상단에는 단열통(10)을 통해 하형(下型; 11)이 부착되어 있다. 하형(11)은 다이 플레이트(12), 코아(13) 및 캐비티 다이(14)로 구성되어 있다. 단열통(10), 다이 플레이트(12), 코아(13) 및 캐비티 다이(14)의 재료는 앞서 예를 든 것과 마찬가지이다. 하형(11)의 온도는 하형(11)에 부착된 열전대(28)에 의해 검출된다. 프레스 성형되는 프리폼(50)은 하형(11) 위에 놓여진다.

고정축(2) 주위에는 슬라이드 플레이트(15)가 상하 이동 가능하게 부착되어 있다. 슬라이드 플레이트(15)의 위치는 구동 장치(도시하지 않음)에 의해 조정할 수 있다. 슬라이드 플레이트(15)의 하면에는 플랜지가 부착된 투명한 석영 유리관(16) 및 그 주위를 둘러싸는 외통(18)이 부착되어 있다. 상형(4) 및 하형(11) 주위는 석영 유리관(16)에 의해 둘러싸여 있다. 외통(18)에는 적외선 램프 유닛(19)이 부착되어 있다. 적외선 램프 유닛(19)은 적외선 램프(20)와, 그 후방에 배치된 반사 미러(21)를 구비하고, 석영 유리관(16)을 통해 상형(4) 및 하형(11)을 가열하도록 구성되어 있다. 또한, 반사 미러(21)에는 냉각을 위해 수냉 파이프(도시하지 않음)가 매립되어 있다.

석영 유리관(16)의 상단면과 슬라이드 플레이트(15) 하면의 접촉면은 O링에 의해 시일되어 있다. 마찬가지로, 석영 유리관(16)의 하단면과 플레이트(1b)의 상 면의 접촉면도 O링에 의해 시일되어 있다. 또한, 이동축(9)의 외주와 중간 플레이트(1a)의 관통 구멍의 슬라이드면도 O링에 의해 시일되어 있다. 이것에 의해, 상형(4) 및 하형(11) 주위에 외계로부터 차단되어 분위기 조정이 가능한 성형실(17)이 형성되어 있다.

고정축(2) 및 이동축(9)의 중심에는 가스 공급 경로(22, 23)가 각각 마련되어 있다. 상형(4) 및 하형(11)의 내부에는 가스 유로(24, 25)가 각각 마련되어 있다. 불활성 가스는 가스 공급 경로(22, 23)로부터 가스 유로(24, 25)를 지나 성형실(17) 안으로 공급되어 성형실(17) 안을 불활성 가스 분위기로 만든다. 또, 불활성 가스는 상형(4) 및 하형(11)을 냉각할 때에도 사용된다.

슬라이드 플레이트(15)에는 석영 유리관(16), 상형(4) 및 하형(11)의 외주를 냉각하기 위한 가스 공급 경로(26)가 설치되어 있다. 이 가스 공급 경로(26)는 유량 컨트롤러(도시하지 않음)를 통해 불활성 가스를 소정 유량으로 성형실(17) 안으로 공급하도록 구성되어 있다. 성형실(17) 안으로 공급된 불활성 가스는 가스 배출 라인(37)으로부터 가스 배출 밸브(38)를 통해 배출된다.

성형실(17)의 하부에는 진공 배기구(27)가 마련되어 있다. 진공 배기구(27)는 진공 배기 라인(31)을 통해 진공 배기 장치(34)에 접속되고, 이 진공 배기 라인(31) 도중에는 진공계(32) 및 진공 밸브(33)가 설치되어 있다. 또, 후술하는 바와 같이, 필요에 따라 진공 배기 라인(31) 도중에 진공 배기 속도를 조정하기 위한 유동 저항 요소(버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 다공질체 등)를 배치하여도 좋다.

진공 배기 장치(34)에는 성형실 안을 10^-6 torr 이하의 고진공도로 진공 배기하는 것이 요구된다. 그러한 진공 배기 장치(34)로서, 예컨대, 메카니컬 펌프, 로터리 펌프, 터보 분자 펌프, 확산 펌프, 게터 펌프(getter pump), 스퍼터 이온 펌프(sputter ion pump), 또는 크라이오 펌프(cryopump) 등을 들 수 있다.

성형실(17) 안의 압력은 진공계(32)로 검출된다. 제어 장치(29)는 진공계(32)의 출력에 기초하여 진공 배기 장치(34)를 제어하고, 성형실(17) 안을 미리 설정된 진공도로 배기한다. 제어 장치(29)는 성형실(17) 안의 압력(즉, 진공계(32)의 출력) 및/또는 하형(11)의 온도(즉, 열전대(28)의 출력)에 기초하여 적외선 램프(20)를 PID 제어 방식을 이용하여 피드백 제어한다.

도 1에 도시한 유리 성형 장치에서는, 상형(4) 및 하형(11)의 배후에서 프레스 하중을 가하여 프리폼(50)을 성형한다. 이에 따라, 다이면의 형상이 프리폼(50)에 전사되어 광학 렌즈 등의 유리 성형품이 제조된다.

다음에, 도 1에 도시한 유리 성형 장치를 이용하여 행해진 성형실 안의 온도 측정의 결과에 대해서 설명한다.

이 테스트에서는, 가열 도중에 진공 배기를 시작하고, 그 때의 성형 다이의 온도 변화를 측정하였다. 구체적으로는 성형실(17) 안을 압력 1×10⁵Pa의 불활성 가스(질소)로 채운 후, 적외선 램프(20)를 동작시켜 상형(4), 하형(11) 및 프리폼(50)을 가열하였다. 상형(4) 및 하형(11)의 온도가 각각 790℃ 근방의 온도로 안정된 후, 진공 밸브(33)를 열어 성형실(17) 안을 압력 3 Pa까지 진공 배기하 였다. 이 때, 진공 밸브(33)의 개방도를 조정하여 진공 도달 시간이 60초 정도가 되도록 진공 배기 속도를 설정하였다. 또, 성형 다이의 온도에 대해서는 상형(4)의 코아(6)의 중심부와 외주부 및 하형(11)의 코아(13)의 중심부와 외주부에 각각 열전대(도시하지 않음)를 부착하고, 이들 열전대를 이용하여 상형(4) 및 하형(11)의 온도 분포를 측정하였다.

도 2는 이 때의 코아(6) 및 코아(13)의 각부의 온도 변화의 측정 결과를 도시한다. 또, 도면 중, "X"는 진공 배기를 시작한 시점을 나타낸다.

도 3에, 비교를 위해 진공 배기 속도의 조정을 행하지 않고, 성형 다이 및 프리폼의 가열을 행했을 때의 온도 측정 결과를 나타낸다. 이 테스트에서는, 상형(4) 및 하형(11)의 온도가 상기 온도 근방에서 안정된 후, 진공 밸브(33)를 완전 개방하여 진공 배기를 행하였다. 이 때의 진공 도달 시간은 30초 정도였다. 그 이외의 조건은 도 2에 도시한 테스트와 동일하다. 도 3은 이 때의 코아(6) 및 코아(13)의 각부의 온도 변화의 측정 결과이다.

도 3 및 4에서 알 수 있는 바와 같이, 진공 배기 속도를 작게 억제함으로써 성형 다이의 온도의 헌팅을 억제할 수 있다.

도 4에 본 발명에 기초한 유리 성형 장치의 일례를 도시한다. 이 예에서는, 성형실(17)의 하부에 설치된 진공 배기구(27)와 진공 배기 장치(34) 사이에 유동 저항 요소(40)가 삽입되어 있다. 이 예에서는, 유동 저항 요소(40)로서, 유량 조정 밸브가 이용되고 있다. 그 이외의 구성에 대해서는 먼저 도 1에 도시한 유리 성형 장치와 동일하다. 따라서, 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명 은 생략한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 성형실 안의 진공 배기를 행하는 경로의 도중에 유동 저항 요소(40)를 배치함으로써 진공 배기를 시작했을 때에 성형실 안의 압력이 급격하게 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 하여, 성형실 안의 압력을 서서히 변화시킴으로써 성형실 안의 온도 변동이 억제된다. 또한, 성형 다이 상의 프리폼의 이동도 방지된다.

본 발명의 유리 성형 방법에 따르면, 성형 다이 및 프리폼을 균일하게 가열하는 동시에, 성형 다이의 산화를 방지할 수 있다. 또한, 상세하고 명백한 본 발명의 방법 따르면, 석영 유리와 같은 성형 온도가 높은 재료를 프레스 성형하기 위해 고출력의 적외선 램프를 이용한 경우에도, 성형실 안을 진공 배기할 때의 온도의 헌팅을 억제할 수 있다. 그 결과, 프레스 성형시의 조건을 안정시켜, 성형품의 품질을 높일 수 있게 되고, 이것과 함께, 사이클 타임을 단축시킬 수 있다. 또한, 진공 배기 속도를 작게 억제함으로써 진공 배기를 개시할 때의 성형 다이 상에서의 프리폼의 이동을 막을 수 있다.

Claims

성형실 안의 한 쌍의 성형 다이 사이에 프리폼을 세팅하고;

불활성 가스 분위기 속에서 성형 다이 및 프리폼을 가열하며;

성형 다이가 성형 온도보다 낮은 제1 설정 온도에 도달한 후, 성형실 안의 진공 배기를 시작하고;

성형실 안이 불활성 기체가 제거된 저압 상태에 도달하고, 또한 성형 다이가 성형 온도에 해당하는 제2 설정 온도로 안정된 후에, 프리폼을 프레스 성형하는 것을 포함하는 유리 성형 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 성형실 안을 진공 배기할 때에 생기는 성형 다이의 온도의 헌팅을, 진공 배기 속도를 조정함으로써 억제하는 유리 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 성형실 안을 진공 배기할 때 생기는 성형 다이의 온도의 헌팅을, 온도를 PID 제어 방식을 이용하여 피드백 제어함으로써 억제하는 유리 성형 방법.
제4항에 있어서, 상기 성형 다이 및 프리폼을 가열하는 도중에 PID 파라미터 를 변경하는 유리 성형 방법.
제5항에 있어서, 상기 PID 파라미터의 변경을 상기 성형 다이의 온도에 기초하여 행하는 유리 성형 방법.
제5항에 있어서, 상기 PID 파라미터의 변경을 상기 성형실 안의 압력에 기초하여 행하는 유리 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 성형실 안을 진공 배기 할 때, 배기 속도를 상기 성형 다이 상에서 프리폼이 이동하는 것을 막을 수 있는 속도로 제한하는 것인 유리 성형 방법.
제8항에 있어서, 상기 성형 다이 상에서 프리폼이 이동하는 것을 막을 수 있도록 제한되는 속도는 1700 Pa/sec 인 것인 유리 성형 방법.
제8항에 있어서, 상기 성형실 안을 진공 배기할 때, 진공 배기 라인 상에 설치된 밸브의 개방도를 상기 성형 다이의 온도에 기초하여 제어하는 유리 성형 방법.
제8항에 있어서, 상기 성형실 안을 진공 배기할 때, 진공 배기 라인 상에 설치된 밸브의 개방도를 상기 성형실 안의 압력에 기초하여 제어하는 유리 성형 방법.
제8항에 있어서, 진공 배기 라인 도중에 유동 저항 요소를 삽입함으로써 상기 성형실 안을 진공 배기할 때의 배기 속도를 작게 제한하는 유리 성형 방법.
제12항에 있어서, 상기 유동 저항 요소는 버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 배플판, 구경을 좁힌 관, 구멍이 형성된 판, 다공질체로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 유리 성형 방법.
한 쌍의 성형 다이와;

성형 다이 및 이들 사이에 세팅된 프리폼을 가열하기 위한 히터와;

성형 다이의 배후에서 프레스 하중을 가하여 가열된 프리폼을 성형하기 위한 프레스 기구와;

성형 다이의 주위를 둘러싸고, 내부에 분위기 조정 가능한 공간을 형성하는 성형실과;

진공 배기 라인을 통해 성형실에 접속되고, 성형실 안을 진공 배기하기 위한 진공 배기 장치와;

배기 속도를 제한하기 위해서 진공 배기 라인 도중에 설치된 유동 저항 요소 를 구비하는 유리 성형 장치.
제14항에 있어서, 상기 유동 저항 요소는 버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 배플판, 구경을 좁힌 관, 구멍이 형성된 판, 다공관체로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 유리 성형 장치.