KR101315100B1

KR101315100B1 - 예비 챔버 및 금형체를 불활성 가스로 퍼징하는 장치를 지닌 유리제품 성형장치

Info

Publication number: KR101315100B1
Application number: KR1020110134445A
Authority: KR
Inventors: 유영목
Original assignee: 유영목
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-10-07
Also published as: KR20130067397A

Abstract

본 발명은 유리와 같은 원소재를 가열 압축하여 제품을 성형하는 데 있어서, 성형 제품의 품질을 향상시키기 위해, 가열 압축 성형이 일어나는 메인 성형 챔버 입출구에 반입 챔버 및 반출 챔버와 같은 예비 챔버를 설치하고, 메인 성형 챔버는 물론 예비 챔버들을 불활성 가스로 퍼징할 수 있으며, 더 나아가 제품이 성형되는 금형체 내부의 가스를 강제로 뽑아내고 퍼징할 수 있는 유리제품 성형장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 성형장치는, 상부코어 및 하부코어로 이루어진 적어도 하나의 형틀을 포함하는 금형체 내에 원소재를 삽입하고, 원소재를 가열하여 압축 성형하는 장치로서, 원소재를 가열하고, 압축 성형하고, 성형된 제품을 냉각하는 성형 챔버(chamber); 성형 챔버 입구측에 마련되어, 원소재가 포함된 금형체가 성형 챔버 내로 반입되는 반입 챔버; 및 성형 챔버 출구측에 마련되어, 성형된 제품이 포함된 금형체가 성형 챔버로부터 반출되는 반출 챔버;를 포함하며; 성형 챔버 및 반입 챔버 사이에는 제1 반입문이 설치되고, 반입 챔버의 입구측에는 제2 반입문이 설치되며, 성형 챔버 및 반출 챔버 사이에는 제1 반출문이 설치되고, 반출 챔버의 출구측에는 제2 반출문이 설치되며; 원소재가 포함된 금형체는 제2 반입문, 반입 챔버, 제1 반입문을 통해 성형 챔버 내로 반입되고, 성형 챔버 내에서 성형된 제품을 포함한 금형체는 제1 반출문, 반출 챔버, 제2 반출문을 통해 외부로 반출되며; 성형 챔버 내부 및 반입 챔버 내부에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 라인이 연결되며; 반입 챔버에 원소재가 포함된 금형체가 들어오면, 제1 반입문 및 제2 반입문이 폐쇄된 상태에서 반입 챔버 내부를 불활성 가스로 퍼징하는 것을 특징으로 한다. 또한 반출 챔버에도 불활성 가스 공급 라인이 연결되어, 반출 챔버 내부를 불활성 가스로 퍼징할 수도 있으며, 반입 챔버 및 성형 챔버에는, 금형체에 직접 접촉하여 금형체 내부의 가스를 뽑아내고 퍼징할 수 있는 흡입 장치 및 분사 장치가 설치될 수 있다.

Description

예비 챔버 및 금형체를 불활성 가스로 퍼징하는 장치를 지닌 유리제품 성형장치 {A GLASS MOULDING APPARATUS WITH DEVICES FOR PURGING PRE-CHAMBERS AND MOULDS WITH INERT GAS}

본 발명은 유리와 같은 원소재를 가열 압축하여 제품을 성형하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 성형 제품의 품질을 향상시키기 위해, 가열 압축 성형이 일어나는 메인 성형 챔버(chamber) 입출구에 반입 챔버 및 반출 챔버와 같은 예비 챔버를 설치하고, 메인 성형 챔버는 물론 예비 챔버들을 불활성 가스로 퍼징(purging)할 수 있으며, 더 나아가 제품이 성형되는 금형체 내부의 가스를 강제로 뽑아내고 퍼징할 수 있는 유리제품 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 렌즈 및 프리즘과 같은 광학 소자에는 플라스틱, 유리 등의 소재가 사용되는데, 플라스틱은 열팽창, 굴절률, 색수차, 투과율, 해상도 등에 있어서 유리에 비해 성능이 떨어지기 때문에, 고도의 정밀도가 요구되는 광학 소자와 같은 제품에는 유리가 많이 이용되고 있다. 과거에는 이러한 유리 광학 소자를 연마법에 의해 가공하였으나 이러한 연마법으로는 대량 생산이 곤란하다. 또한 최근에는 디지털 카메라, 웹 카메라 등과 같이, 광학 장치의 단순화, 소형화, 경량화를 위해 비구면 광학 렌즈를 많이 사용하는데, 이러한 비구면 렌즈를 종래의 연마법으로 가공하기에는 여러 가지 어려운 문제가 있다.

이러한 고도의 정밀도가 요구되는 유리제품을 대량 생산하기 위해 GMP(Glass Mould Press)라고 하는 프레스 성형장치가 많이 사용되는데, 이는 초정밀도로 가공된 상부코어(upper core) 및 하부코어(lower core)로 이루어진 형틀 사이에 유리와 같은 원소재를 투입한 후, 유리 전이온도 이상으로 가열하고, 형틀에 압력을 가하여 렌즈, 프리즘 등과 같은 제품을 성형하는 방법이다.

일반적으로 프레스 성형법을 이용하는 유리제품 성형장치에서는, 복수 개의 제품을 한번에 성형할 수 있도록 복수 개의 성형용 형틀을 갖는 금형체가 사용되며, 이 금형체가 성형 챔버를 통과하는 동안, 금형체의 형틀 내에 삽입된 원소재가 가열되고 압축되어 제품의 성형이 이루어진다.

이러한 초정밀의 유리제품을 성형하기 위해서는, 원소재가 금형체 내에 투입되기 전에, 원소재에 부착된 이물질과 먼지를 제거하기 위한 세정작업을 거치고, 원소재를 포함한 금형체가 가열되고 압축되는 성형 챔버의 내부도 질소 가스와 같은 불활성 가스로 퍼징하여서 성형제품 품질의 향상을 꾀하는데도 불구하고, 도 1의 사진에서와 같이, 성형된 제품(사진상의 제품은 볼록렌즈임)의 표면에 가스 자국이나 눈꽃 모양과 같은 얼룩 무늬가 발생하여, 제품의 품질을 떨어트리거나 생산성의 저하를 초래하는 문제점이 있다. 이는 메인 공정이 수행되는 성형 챔버를 질소 가스와 같은 불활성 가스로 퍼징하여, 내부의 산소 농도가 겨우 수 PPM 밖에 안되더라도, 금형체가 성형 챔버 내에 반입될 때 또는 성형 챔버로부터 반출될 때, 외부의 공기가 성형 챔버 내로 침투될 수 있으며, 또한 성형 챔버 내에 반입되는 금형체 내부 자체에 이미 산소가 포함된 공기가 함유되어 반입되기 때문에, 성형 챔버 내에서 금형체 및 원소재가 고온으로 가열되면 원소재에서 발생하는 가스가 산소와 반응하여, 성형 횟수의 증가에 따라 반응물이 점차적으로 코어 면에 증착되어 제품의 불량을 야기할 수 있다. 이러한 산화반응은 성형 제품의 품질을 떨어뜨리기도 하며, 금형체 자체 및 여타 장치부품들의 수명을 단축하기도 한다. 또한 산소가 없더라도 원소재를 가열할 때, 원소재에서 발생하는 가스가 형틀에서 빠져나가지 못하고 금형체 형틀 내에 누적되어, 성형제품의 품질을 저하시킬 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고품질의 유리제품을 성형할 수 있는 성형장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 성형장치의 성형 챔버 내부의 산소 농도를 최대한으로 낮추어, 성형 챔버 내에서 산소에 의한 산화반응을 억제하여, 금형체 자체 및 여타 장치부품들의 수명 단축을 방지하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 원소재의 가열 시 발생하는 가스를 형틀 내에서 강제로 뽑아내고, 형틀 내를 불활성 가스로 퍼징하여, 고품질의 제품을 성형할 수 있는 성형장치를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 예비 챔버 및 금형체를 불활성 가스로 퍼징하는 유리제품 성형장치는, 상부코어 및 하부코어로 이루어진 적어도 하나의 형틀을 포함하는 금형체 내에 원소재를 삽입하고, 상기 원소재를 가열하고 압축 성형하는 장치로서, 상기 원소재를 가열하고, 압축 성형하고, 성형된 제품을 냉각하는 성형 챔버(chamber); 상기 성형 챔버 입구측에 마련되어, 원소재가 포함된 금형체가 상기 성형 챔버 내로 반입되는 반입 챔버; 및 상기 성형 챔버 출구측에 마련되어, 성형된 제품이 포함된 금형체가 상기 성형 챔버로부터 반출되는 반출 챔버;를 포함하며; 상기 성형 챔버 및 상기 반입 챔버 사이에는 제1 반입문이 설치되고, 상기 반입 챔버의 입구측에는 제2 반입문이 설치되며, 상기 성형 챔버 및 상기 반출 챔버 사이에는 제1 반출문이 설치되고, 상기 반출 챔버의 출구측에는 제2 반출문이 설치되며; 원소재가 포함된 금형체는 상기 제2 반입문, 반입 챔버, 제1 반입문을 통해 상기 성형 챔버 내로 반입되고, 상기 성형 챔버 내에서 성형된 제품을 포함한 금형체는 상기 제1 반출문, 반출 챔버, 제2 반출문을 통해 외부로 반출되며; 상기 성형 챔버 및 상기 반입 챔버에는 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 라인이 연결되며; 상기 반입 챔버에 원소재가 포함된 금형체가 들어오면, 상기 제1 반입문 및 제2 반입문이 폐쇄된 상태에서 상기 반입 챔버 내부를 불활성 가스로 퍼징하는 것을 특징으로 한다.

반입 챔버에는, 상기 반입 챔버 내부를 진공화하기 위해 진공 소스(source)에 연결된 진공 라인이 연결되는 것이 바람직하며, 상기 반입 챔버 내부를 진공화하는 압력은 저 진공압으로서, 약 - 0.05 kg/cm2 내지 - 약 0.2 kg/cm2 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 반입 챔버 및 상기 성형 챔버 내에는, 금형체에 직접 접촉하여 상기 금형체 내에 불활성 가스를 강제적으로 분사하는 분사장치와, 상기 금형체에 직접 접촉하여 금형체 내부로부터 가스를 강제적으로 흡입하는 흡입장치가 설치되는 것이 바람직하며, 상기 분사장치는, 금형체에 접촉하는 분사접촉부; 상기 분사접촉부를 이동시키는 분사측 구동부; 및 상기 분사접촉부와 불활성 가스 공급 라인을 연결하는 가요성 튜브를 포함하며, 상기 흡입장치는, 금형체에 접촉하는 흡입접촉부; 상기 흡입접촉부를 이동시키는 흡입측 구동부; 및 상기 흡입접촉부와 진공 라인을 연결하는 가요성 튜브를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 분사접촉부와 흡입접촉부는, 금형체가 제 위치에 안착하면, 센서들 및 구동부들에 의해 자동적으로 금형체에 접촉하고, 일정 시간이 지나면 자동적으로 금형체로부터 접촉해제되는 것이 바람직하다.

또한, 챔버 내부 및 금형체 내부를 퍼징하는 불활성 가스 공급 라인들과, 챔버 내부 및 금형체 내부를 진공화하기 위한 진공 라인들에는 솔레노이드 밸브들이 장착되어, 제어반에 의해 상기 솔레노이드 밸브들이 자동적으로 개폐되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 반입 챔버 내에는 상기 분사장치 및 흡입장치가 각각 하나씩 제공되지만, 성형 챔버 내에는 상기 분사장치 및 흡입장치가, 원소재를 예열하는 예열단계 및 원소재를 압축 성형하는 성형단계별로 각각 설치되어, 각 단계별로 금형체 내부의 가스를 뽑아내고 불활성 가스로 퍼징하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형 챔버 내부로 외부 공기가 침투하는 것을 방지하게끔, 상기 성형 챔버 내부 압력을 외부 압력보다 크게 하는 것이 바람직하다.

한편, 반출 챔버에도 반입 챔버와 같은 불활성 가스 공급 라인이 설치되어, 상기 반출 챔버 내부를 불활성 가스로 퍼징할 수도 있으며, 반출 챔버 내부를 진공화하는 진공장치가 설치될 수도 있다. 여기서 상기 반출 챔버 내부를 진공화하는 압력도 저 진공압으로서, 약 - 0.05 kg/cm2 내지 약 - 0.2 kg/cm2 정도로 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 유리제품 성형장치는, 가열 및 성형이 이루어지는 성형 챔버 내부의 산소 농도를 거의 제로화하여, 높은 온도에도 불구하고 산화반응을 최대한으로 억제하여, 양질의 성형 제품을 생산할 수 있으며, 금형체 및 여타 장치부품들의 수명이 산화반응에 의해 단축되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 금형체에 직접 접촉하여 금형체 내부의 가스를 강제로 뽑아낼 수 있는 흡입장치와, 금형체에 직접 접촉하여 금형체 내부를 불활성 가스로 강제 퍼징할 수 있는 분사장치가 제공되어, 금형체 내의 산소 농도를 거의 제로화할 수 있으며, 원소재 가열 시 발생하는 가스로 인해 성형제품의 품질이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

기타 상세한 효과들에 대해서는, [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서 구체적으로 설명될 것이다.

도 1은 기존의 프레스 성형장치에 의해 성형된 유리 렌즈에 있어서 실제로 발생한 품질 불량의 일 예를 보여주는 사진이다.
도 2는 다수의 성형 형틀을 갖는 금형체의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라, 불활성 가스로 퍼징되는 예비 챔버들 및 금형체 내부를 직접적으로 퍼징하고 진공화하는 장치들을 구비한 성형장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라, 반입 챔버 내를 예로, 금형체 내부를 직접적으로 퍼징하고 진공화하는 장치를 확대한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른, 예비 챔버 및 금형체를 불활성 가스로 퍼징하는 장치를 지닌 유리제품 성형장치에 대해 상세히 설명하고자 하는데, 이는 예시적이고 개념적인 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 도 2을 참조하면, 제품을 성형하는 형틀을 다수 개 지닌 금형체(10)가 예시적으로 도시되어 있다. 도면상에는 6개의 형틀을 지닌 금형체(10)가 도시되어 있지만, 이 형틀의 개수는 필요에 따라 변할 수 있다. 도 2의 (가)도는 금형체(10)의 분해 단면도이고, (나)도는 홀더(13)에 대한 평면도, (다)도는 홀더(13)에 대한 사시도이며, (라)도는 하부코어(12) 및 상부코어(14) 사이에 원소재(1)가 삽입되어 성형되기 전의 금형체(10)의 조립 상태를 보여주고, (마)도는 금형체(10)의 상부코어(14)가 가압되어 원소재(1)가 렌즈와 같은 제품으로 성형된 상태를 보여준다.

도 2에 도시된 바와 같이, 금형체(10)는 다이 플레이트(11), 하부코어(12), 상부코어(14), 홀더(13), 스톱 링(15) 등으로 이루어지고, 하부코어(12) 및 상부코어(14)는 그 사이에 원소재(1)가 놓여져 성형되는 하나의 형틀을 형성한다. 여기서 원소재(1)는 구형이나 어떤 형태를 지닌 프리폼(preform)일 수 있다. 홀더(13)에는 하부코어(12) 및 상부코어(14)로 이루어진 형틀이 밀착 수용되는 다수 개의 코어 삽입홀(13b)들이 형성되어 있다. 원소재(1) 및 코어들(12, 14)이 홀더(13)의 코어 삽입홀(13b) 내에 삽입되고, 이들이 다이 플레이트(11) 위에 놓여져 스톱 링(15)에 내에 끼워지면, (라)도와 같은 조립 상태가 되며, 이 조립된 금형체(10)가 성형장치의 성형 챔버 내로 반입되어 가열되고, 하부코어(12) 및 상부코어(14)가 프레스에 의해 압축되면, (마)도에서와 같이, 원소재(1)는 정밀 가공된 하부코어(12) 및 상부코어(14)의 내면 형상에 맞게 성형이 된다.

한편, (나) 및 (다)도에서와 같이, 홀더(13)의 몸체 내부에는 여러 갈래의 에어홀(13a)들이 형성되고, 이들은 스톱 링(15)의 외벽에 형성된 에어홀(15a)들과 서로 연통되어, 코어들(12, 14) 내부 공간이 벤팅(venting)될 수 있으며, 뒤에 설명될 흡입장치 및 분사장치에 의해 코어들(12, 14) 내부의 가스가 밖으로 뽑아내지거나 불활성 가스로 퍼징될 수 있게끔 한다.

도 3 및 도 4에는 본 발명에 따라, 불활성 가스로 퍼징되는 예비 챔버들(50, 70) 및 금형체(10) 내부를 직접적으로 퍼징하고 진공화하는 장치들을 구비한 성형장치가 개략적으로 도시되어 있다. 여기서 먼저 이해해주길 바라는 점은, 도 3 및 도 4에 Mh1 - Mh3로 표기된 것은 예열단계에 있는 금형체(10)를, MP로 표기된 것은 압축 성형단계에 있는 금형체(10)를, Mc1 - Mc3로 표기된 것은 냉각단계에 있는 금형체(10)를, Mi1 - Mi4로 표기된 것은 반입되는 금형체(10)를, Mo1 - Mo4로 표기된 것은 반출되는 금형체(10)를 이해하기 쉽도록 표기한 것으로, 이후 금형체(Mi1 - Mi4), 금형체(MP), 금형체(Mi1), 금형체(Mo1) 등과 같이 기재된 것은 모두 금형체(10)를 의미하는 것이다.

우선 제품의 성형과정을 개략적으로 살펴보면, 원소재(1)가 포함된 금형체(Mi1 - Mi4)는 도 3에 도시된 바와 같이, 반입 컨베이어(60)에 의해 화살표 "T" 방향으로 제2 반입문(Di2)을 통해 예비 챔버인 반입 챔버(50) 내로 들어오고, 반입 챔버(50)에 들어온 금형체(Mi1)는 별도의 투입장치(미 도시)에 의해 화살표 "T" 방향으로 제1 반입문(Di1)을 통해 성형 챔버(40) 내로 투입된다. 성형 챔버(40) 내에서는 몇 단계의 예열단계(도면상에 Mh1-Mh3로 표기됨)를 거치고, 성형단계(도면상 MP로 표기됨)에서 프레스에 의해 압축 성형되고, 다시 몇 단계의 냉각단계(도면상에 Mc1-Mc3로 표기됨)를 거쳐, 제1 반출문(Do1)을 통해 반출 챔버(70) 내로 반출된다. 반출 챔버(70) 내의 금형체(Mo1)에는 성형된 제품이 포함된 상태로서 반출 컨베이어(80)에 의해 화살표 "T" 방향으로 외부로 반출된다.

한편, 금형체(10)를 운반하는 컨베이어 장치, 금형체(10)를 성형 챔버(40) 내에 투입하는 장치, 성형 챔버(40) 내에서 각 단계별로 이송하는 장치, 금형체(10)를 성형 챔버(40)로부터 반출하는 장치 등은 기 공지된 기술들로서, 여기서 이에 대한 상세 설명은 생략하며, 또한 성형 챔버(40) 내의 가열장치, 압축장치, 냉각장치들도 기 공지된 기술들로서 이에 대한 상세 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 성형 챔버(40)에는 제1 반입문(Di1) 및 제1 반출문(Do1)이 설치되고, 성형 챔버(40) 내로 금형체(10)가 들어오는 입구측에는 반입 챔버(50), 성형 챔버(40)로부터 금형체(10)가 나가는 출구측에는 반출 챔버(70)가 연이어 형성되어 있다. 또한 금형체(10)가 반입 챔버(50) 내로 들어오는 입구에는 제2 반입문(Di2)이 설치되고, 반출 챔버(70)로부터 금형체(10)가 나가는 출구에는 제2 반출문(Do2)이 설치된다.

성형 챔버(40), 반입 챔버(50), 반출 챔버(70)에는, 불활성 가스 탱크(90)로부터 불활성 가스가 공급되는 라인들이 설치될 수 있으며, 이들 불활성 가스로 퍼징된 가스를 배출하는 라인들이 각각 설치될 수 있으며, 이들 불활성 가스가 공급되는 라인들 및 배출 라인들에는 각기 챔버 퍼징 밸브들(VP1) 및 배출 밸브들(VD)이 설치될 수 있다. 이들 밸브들은 솔레노이드 밸브 등과 같이, 제어반(미 도시)으로부터 자동 제어될 수 있는 밸브들이 바람직하다.

또한 예비 챔버들인 반입 챔버(50) 및 반출 챔버(70)에는, 챔버 내부를 약간 낮은 레벨로 진공화할 수 있도록, 진공 탱크 또는 진공 펌프와 같은 진공 소스(source)(미 도시)에 연결된 라인들이 설치되고, 이들 라인들에는 챔버 진공 밸브들(VV1)이 설치될 수 있다. 이들 챔버 진공 밸브들(VV1)도 솔레노이드 밸브 등과 같이, 제어반으로부터 자동 제어될 수 있는 밸브들이 바람직하다. 그리고 이들 챔버들(50, 70) 내의 진공도를 계측하고, 챔버 진공 밸브들(VV1)의 자동 개폐를 위해, 진공 센서들(SV)이 이들 챔버들(50, 70)에 각각 장착될 수 있다.

또한 반입 챔버(50) 및 성형 챔버(40) 내에는, 금형체(10)에 직접 접촉하여 금형체(10) 내부를 불활성 가스로 직접적이고 강제적으로 퍼징할 수 있는 분사 장치(20)와, 금형체(10)에 직접 접촉하여 금형체(10) 내부의 가스를 직접적이고 강제적으로 뽑아낼 수 있는 흡입 장치(20)가 설치될 수 있다. 상기 분사 장치(20)는, 금형체(10)에 접촉하는 분사접촉부(C1), 상기 분사접촉부(C1)를 이동시키는 분사측 구동부(D1) 및 상기 분사접촉부(C1)와 불활성 가스 공급 라인을 연결하는 가요성 튜브(FT)를 포함할 수 있으며, 상기 흡입 장치(30)는, 금형체(10)에 접촉하는 흡입접촉부(C2), 상기 흡입접촉부(C2)를 이동시키는 흡입측 구동부(D2) 및 상기 흡입접촉부(C2)와 진공 라인을 연결하는 가요성 튜브(FT)를 포함할 수 있다. 상기 분사 장치(20)의 불활성 가스 공급 라인 및 흡입 장치(30)의 진공 라인들에는 제각기 금형체 퍼징 밸브(VP2) 및 금형체 진공 밸브(VV2)들이 장착될 수 있으며, 이들 금형체 퍼징 밸브(VP2) 및 금형체 진공 밸브(VV2)들도 솔레노이드 밸브 등과 같이, 제어반으로부터 자동 제어될 수 있는 밸브들이 바람직하다.

반입 챔버(50) 내에는 상기 분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)가, 반입된 금형체(Mi1)를 위해 하나씩 설치되며, 성형 챔버(40) 내에는 상기 분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)가, 예열단계에 있는 금형들(Mh1-Mh3) 및 성형단계에 있는 금형체(MP)를 위해 각 단계별로 설치되어 여러 개가 설치될 수 있다. 도면상에는 각 단계별로 하나씩 모두 4개의 분사 장치(20) 및 4개의 흡입 장치(30)가 도시되었지만, 필요에 따라 일부 단계에서는 이들의 설치를 생략할 수도 있다.

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 성형장치를 이용하여 제품을 성형하는 과정과, 예비 챔버(50, 70) 및 금형체(10) 내부를 퍼징 및 진공화하는 과정을 좀 더 상세히 살펴보기로 한다. 먼저 원소재(1)가 포함된 금형체(10)가 반입 컨베이어(60)에 의해 제2 반입문(Di2)을 통해 반입 챔버(50) 내에 들어오면, 제1 및 제2 반입문(Di1, Di2)이 폐쇄된 상태에서 챔버 퍼징 밸브(VP1)가 열려, 불활성 가스 탱크(90)로부터 불활성 가스가 반입 챔버(50) 내로 들어와 챔버 내부 공기 및 금형체(Mi1) 내에 포함되어 있던 공기를 불활성 가스로 퍼징하고, 배출 밸브(VD)를 통해 외부로 배출되거나 또는 챔버 진공 밸브(VV1)를 통해 진공 소스로 빠져나갈 수 있다. 이로써 반입 챔버(50) 내부 및 금형체(Mi1) 내부는 산소 농도가 극히 낮은 불활성 가스 분위기가 조성된다. 이때 챔버 퍼징 밸브(VP1)가 열리기 전에 챔버 진공 밸브(VV1)가 먼저 열려 반입 챔버(50) 내부를 약간의 저 진공 상태로 진공화시킨 후 퍼징하면, 퍼징 효과가 더 커질 수 있다. 물론 반입 챔버(50) 내부를 고 진공 상태로 진공화시키면 퍼징 효과가 더 커질 수 있겠지만, 이에 따른 에너지 소모가 커지기 때문에, 현실적으로 약 - 0.05 kg/cm2 내지 - 약 0.2 kg/cm2 정도의 저 진공 상태로 하는 것이 퍼징 효과 및 에너지 비용 측면에서 바람직하다. 이러한 진공도는 진공 센서(SV)에 의해 계측될 수 있으며, 요구되는 진공도가 얻어지면, 진공 센서(SV)에 의해 챔버 진공 밸브(VV1)가 자동 차단되고, 챔버 퍼징 밸브(VP1)가 열려 상술한 퍼징 과정이 수행될 수 있다.

그러나 금형체(10)의 다이 플레이트(11), 하부 및 상부 코어(12, 14), 홀더(13), 스톱 링(15)들의 조립 공차 수준이 거의 마이크로미터 수준이기 때문에, 반입된 금형체(Mi1) 내의 공기가 완전히 빠져나가지 못할 수 있다. 따라서 금형체(Mi1)에 직접 접촉할 수 있는 분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)를 이용하여 반입된 금형체(Mi1) 내부를 완전하게 불활성 기체로 퍼징해주는 것이 바람직하다.

이러한 퍼징 작업이 완료되면, 제1 반입문(Di1)이 열리고, 반입 챔버(50) 내에 있던 금형체(Mi1)가 별도의 투입 장치(미 도시)에 의해 성형 챔버(40) 내로 투입된다. 이때 성형 챔버(40) 내부는 이미 불활성 가스로 퍼징되어 산소 농도가 겨우 수 PPM에 이르는 불활성 가스 분위기 상태인데, 반입 챔버(50) 내부 및 금형체(Mi1) 내부가 불활성 가스로 퍼징되었기 때문에, 제1 반입문(Di1)이 열리더라도 성형 챔버(40) 내부의 불활성 가스 분위기 상태는 그대로 유지될 수 있다.

원소재(1)가 포함된 금형체가 성형 챔버(40) 내에 들어오면, 금형체는 별도의 이송장치(미 도시)에 의해 이송되면서 몇 단계의 예열단계(도면상 Mh1 - Mh3로 표기됨)를 거친 후, 금형체가 도면상 MP 위치에 오게 되면, 프레스(미 도시)에 의해 압축되어 제품의 성형이 이루어진다. 제품의 성형이 이루어진 다음, 성형된 제품을 포함한 금형체는 몇 단계의 냉각단계(도면상 Mc1 - Mc3로 표시됨)를 거친 후, 제1 반출문(Do1)이 열리고, 성형된 제품을 포함한 금형체가 반출 챔버(70)로 반출된다(도면상 Mo1으로 표기됨). 이때 성형 챔버(40) 내부의 압력을 반출 챔버(70) 내부 압력 및 외부 압력보다 높게 유지하여, 제1 반출문(Do1)이 열리더라도 산소를 포함한 외부 공기가 성형 챔버(40) 내부로 침투하지 않도록 할 수 있다.

또는 반출 챔버(70)에 제2 반출문(Do2), 챔버 퍼징 밸브(VP1) 및 배출 밸브(VD)를 설치하여서, 성형 챔버(40)의 제1 반출문(Do1)이 열리기 전에, 제1 및 제2 반출문(Do1 및 Do2)이 닫힌 상태에서 반출 챔버(70) 내부를 불활성 가스로 퍼징한 뒤에 제1 반출문(Do1)을 열어 금형체를 반출함으로써 외부 공기가 성형 챔버(40) 내로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한 반입 챔버(50)의 경우에서와 같이, 반출 챔버(70)에도 진공 소스에 연결된 챔버 진공 밸브(VV1) 및 진공 센서(SV)를 설치하여, 반출 챔버(70) 내부를 불활성 가스로 퍼징하기 전에 반출 챔버(70) 내부를 약간의 저 진공 상태, 약 - 0.05 kg/cm2 내지 - 약 0.2 kg/cm2 정도의 진공 상태로 하는 것이 바람직하다. 반출 챔버(70) 내부를 진공화시키는 것에 대해서는 반입 챔버(50)의 경우와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다. 이때 주의할 점은, 불활성 가스로 퍼징된 반출 챔버(70) 내로 금형체가 반출되면, 즉시 제1 반출문(Do1)을 폐쇄하고, 제2 반출문(Do2)을 열어 금형체를 외부로 반출한 뒤, 다시 제1 및 제2 반출문(Do1, Do2)이 폐쇄된 상태에서 반출 챔버(70) 내부를 불활성 가스로 퍼징하는 것이 전체 사이클 시간을 단축하는 데 유리하다.

한편 성형 챔버(40) 내부는 고온 상태이기 때문에, 항시 불활성 가스 분위기 상태로 유지하면서, 성형 챔버(40) 내부의 산소 농도를 제로화 하거나 최대한 작은 상태로 유지하는 것이 중요하다. 그리고 성형 챔버(40)에도 반입 챔버(50)에서와 같이, 금형체(10)에 직접 접촉하여 불활성 가스를 분사하는 분사 장치(20) 및 금형체(10) 내부의 가스를 뽑아내는 흡입 장치(30)를 설치하여, 원소재를 예열 및 가열함에 따라 발생할 수 있는 가스를 금형체(10) 내부로부터 강제적으로 뽑아내고, 불활성 가스로 금형체(10) 내부를 강제적으로 퍼징해주는 것이 바람직하다.

여기서 상기 분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)를 성형 챔버(40) 내의 각 예열단계 및 성형단계에 대해 각각 설치하여, 각 단계별로 금형체(10) 내의 가스를 뽑아내고, 불활성 가스로 퍼징해주면, 고도의 품질을 지닌 제품을 생산할 수 있다. 그러나 경우에 따라서는 일부 단계에 대해서 이를 생략할 수도 있다.

성형장치(100)를 상술한 바와 같이 구성함으로써, 성형 챔버(40) 내에 또는 성형 챔버(40)로부터 금형체(10)를 반입하거나 반출하기 위해, 성형 챔버(40)의 문들, 즉 제1 반입문(Di1) 또는 제1 반출문(Do1)을 개방하더라도, 외부 공기가 성형 챔버(40) 내로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 이리하여 성형 챔버(40) 내의 산소 농도를 항시 제로 또는 극히 미미한 수준으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 원소재(1)가 포함된 금형체(10) 자체에 포함되어 있던 공기도 성형 챔버(40) 내로 투입되기 전에 완전히 제거할 수 있어서, 성형 제품의 품질을 항상 양호하게 유지할 수 있으며, 예열 및 성형단계에서 원소재로부터 발생되는 가스를 외부로 완전하게 제거할 수 있어서 품질이 더욱 향상된 제품을 생산할 수 있다. 또한 성형 챔버(40) 내의 산소 농도를 거의 제로화하여, 금형체(10) 및 장치의 부품들이 고온에서의 산화반응에 의해 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)에 대해 좀 더 살펴보면, 금형체(10)가 제 위치에 안착되고 센서를 통해 이를 감지하면, 분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)의 분사접촉부(C1) 및 흡입접촉부(C2)가 분사측 구동부(D1) 및 흡입측 구동부(D2)에 의해 이동하여 금형체(10)에 접촉하게 된다. 금형체(10)에 접촉 후 퍼징 및 가스빼기 작업을 완료하면, 타이머 등에 의해 분사접촉부(C1) 및 흡입접촉부(C2)가 분사측 구동부(D1) 및 흡입측 구동부(D2)에 의해 금형체(10)로부터 이격되어, 다음 프로세스를 위한 금형체(10)의 이동을 자유롭게 한다. 이때 분사접촉부(C1) 및 흡입접촉부(C2)는 가요성 튜브(FT)를 통해 불활성 가스 공급 라인 및 진공 라인에 연결되기 때문에, 가요성 튜브(FT)의 신축성으로 인해 이동이 자유로울 수 있다.

또한, 앞에서도 언급했지만, 불활성 가스 공급 라인, 진공 라인, 배출 라인들에는 모두 솔레노이드 밸브와 같은 자동 밸브들이 장착되어, 상술한 모든 과정들이 자동화되게끔 설계될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)를 설명하기 위해, 반입 챔버(50)에 설치된 것을 예시적으로 확대한 도면이다. 도 4를 참조하면, 분사 장치(20)의 분사접촉부(C1) 및 흡입 장치(30)의 흡입접촉부(C2)에는, 점선으로 도시된 바와 같은 내부의 홈(Ca) 및 관통 홀(Cb)이 형성되어 있으며, 상기 홈(Ca)은, 분사접촉부(C1) 및 흡입접촉부(C2)가 금형체(10)에 접촉하였을 때, 금형체(10)의 스톱 링(15)에 형성된 에어홀(15a)(도 2 참조)을 둘러싸도록 형성되고, 상기 관통 홀(Cb)은, 분사접촉부(C1) 및 흡입접촉부(C2) 내부의 홈(Ca)과 가요성 튜브(FT)를 연통하게끔 형성된다. 여기서 금형체(10)가 제2 반입문(Di2)을 통해 반입 챔버(50) 내로 들어오는 것을 방해하지 않게 하기 위해, 흡입측 구동부(D2)가 반입 챔버(50)의 우측 측방에 배치되어 흡입접촉부(C2)가 우측 측방 쪽으로 이동하게끔 되어 있는데, 흡입측 구동부(D2)가 반입 챔버(50)의 상부에 배치되어 흡입접촉부(C2)가 상부 쪽으로 이동하게 설계될 수도 있다. 이러한 분사측 구동부(D1) 및 흡입측 구동부(D2)의 배치는, 금형체(10)의 이동이 분사접촉부(C1) 및 흡입접촉부(C2)에 의해 방해받지 않도록 고려하여 배치하여야 하며, 이는 성형 챔버(40)의 분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)에 대해서도 마찬가지이다.

한편, 앞에서 언급된 불활성 가스로는 여러 가지가 있는데, 경제적인 측면에서 질소 가스가 효과적으로 활용될 수 있으며, 여기서 언급된 각종 밸브들의 작동, 분사 장치(20) 및 흡입 장치(30)의 작동, 금형체(10) 이송장치들은 각종 센서 등에 의해 자동으로 제어되게끔 형성될 수 있다. 또한 성형 챔버(40) 내에 반입될 금형체(10)에 원소재(1)를 삽입하고 금형체(10)를 조립하는 일, 그리고 성형 챔버(40)로부터 반출된 금형체(10)를 분해하여, 성형된 제품을 취출하는 일을 로봇 등에 의해 자동화할 수 있다.

이상의 설명 내용은 본 발명에 대해 예시적으로 설명한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

1 : 원소재 10 : 금형체
11 : 다이 플레이트 12 : 하부코어
13 : 홀더 13a : 에어홀
13b : 코어 삽입홀 14 : 상부코어
15 : 스톱 링 15a : 에어홀
20 : 분사 장치 30 : 흡입 장치
40 : 성형 챔버 50 : 반입 챔버
60 : 반입 컨베이어 70 : 반출 챔버
80 : 반출 컨베이어 90 : 불활성 가스 탱크
100 : 성형장치
C1 : 분사접촉부 , C2 : 흡입접촉부
Ca : 홈 Cb : 관통 홀
D1 : 분사측 구동부 D2 : 흡입측 구동부
Di1, Di2 : 제1, 2 반입문 Do1, Do2 : 제1, 2 반출문
FT : 가요성 튜브
Mc1-Mc4 : 냉각단계에 있는 금형체 Mh1-Mh3 : 예열단계에 있는 금형체
Mi1-Mi4 : 반입되는 금형체 Mo1-Mo4 : 반출되는 금형체
MP : 성형단계에 있는 금형체 SV : 진공 센서
VD : 배출 밸브 VP1 : 챔버 퍼징 밸브
VP2 : 금형체 퍼징 밸브 VV1 : 챔버 진공 밸브
VV2 : 금형체 진공 밸브

Claims

상부코어 및 하부코어로 이루어진 적어도 하나의 형틀을 포함하는 금형체 내에 원소재를 삽입하고, 상기 원소재를 가열하여 압축 성형하는 장치로서,
상기 원소재를 가열하고, 압축 성형하고, 성형된 제품을 냉각하는 성형 챔버(chamber); 상기 성형 챔버 입구측에 마련되어, 원소재가 포함된 금형체가 상기 성형 챔버 내로 반입되는 반입 챔버; 및 상기 성형 챔버 출구측에 마련되어, 성형된 제품이 포함된 금형체가 상기 성형 챔버로부터 반출되는 반출 챔버;를 포함하며;
상기 성형 챔버 및 상기 반입 챔버 사이에는 제1 반입문이 설치되고, 상기 반입 챔버의 입구측에는 제2 반입문이 설치되며, 상기 성형 챔버 및 상기 반출 챔버 사이에는 제1 반출문이 설치되고, 상기 반출 챔버의 출구측에는 제2 반출문이 설치되며; 원소재가 포함된 금형체는 상기 제2 반입문, 반입 챔버, 제1 반입문을 통해 상기 성형 챔버 내로 반입되고, 상기 성형 챔버 내에서 성형된 제품을 포함한 금형체는 상기 제1 반출문, 반출 챔버, 제2 반출문을 통해 외부로 반출되며;
상기 성형 챔버 및 상기 반입 챔버에는 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 라인이 연결되며; 상기 반입 챔버에 원소재가 포함된 금형체가 들어오면, 상기 제1 반입문 및 제2 반입문이 폐쇄된 상태에서 상기 반입 챔버 내부를 불활성 가스로 퍼징하며;
상기 반입 챔버 및 상기 성형 챔버 내에는, 상기 금형체에 직접 접촉하여 상기 금형체 내에 불활성 가스를 강제적으로 분사하는 분사장치와, 상기 금형체에 직접 접촉하여 상기 금형체 내부로부터 가스를 강제적으로 흡입하는 흡입장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 반입 챔버에는, 상기 반입 챔버 내부를 진공화하기 위해 진공 소스(source)에 연결된 진공 라인이 더 연결되는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제2항에 있어서,
상기 반입 챔버 내부를 진공화하는 압력은 - 0.05 kg/cm2 내지 - 0.2 kg/cm2 인 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 분사장치는, 금형체에 접촉하는 분사접촉부; 상기 분사접촉부를 이동시키는 분사측 구동부; 및 상기 분사접촉부와 불활성 가스 공급 라인을 연결하는 가요성 튜브를 포함하며,
상기 흡입장치는, 금형체에 접촉하는 흡입접촉부; 상기 흡입접촉부를 이동시키는 흡입측 구동부; 및 상기 흡입접촉부와 진공 라인을 연결하는 가요성 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제5항에 있어서,
상기 분사접촉부와 흡입접촉부는, 금형체가 제 위치에 안착하면, 자동적으로 금형체에 접촉하고, 일정 시간이 지나면 자동적으로 금형체로부터 접촉해제되는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제5항에 있어서,
상기 불활성 가스 공급 라인 및 진공 라인에는 솔레노이드 밸브들이 장착되고, 상기 솔레노이드 밸브들은 제어반에 의해 자동적으로 개폐되는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 성형 챔버 내에 설치되는 분사장치 및 흡입장치는, 원소재를 예열하는 예열단계 및 원소재를 압축 성형하는 성형단계에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 성형 챔버 내부로 외부 공기가 침투하는 것을 방지하게끔, 상기 성형 챔버 내부 압력을 외부 압력보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 반출 챔버에 불활성 가스 공급 라인이 설치되어, 상기 반출 챔버 내부를 불활성 가스로 퍼징할 수 있는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제10항에 있어서,
상기 반출 챔버에는 상기 반출 챔버 내부를 진공화하는 진공장치가 더 제공되는 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.
제11항에 있어서,
상기 반출 챔버 내부를 진공화하는 압력은 - 0.05 kg/cm2 내지 - 0.2 kg/cm2 인 것을 특징으로 하는 유리제품 성형장치.