KR100557720B1 - 램프 반사경 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, BMC(Bulk Molding Compound) 재료 중에 유리 중공체를 첨가함으로써, BMC 성형체의 특성을 유지하면서도 경량화할 수 있는 램프 반사경을 제공하는 것이다.

불포화 폴리에스터 수지를 주성분으로 하는 매트릭스 수지에, 적어도 보강재인 유리 섬유를 무기 충전재로서 첨가해서 반죽한 BMC 재료를 사출 성형함으로써 형성한 BMC 성형체를 기체로 하는 램프 반사경으로서, BMC 재료 중에 무기 충전재로서 평균 입경 15∼45 ㎛의 유리 중공체를 첨가하고, BMC 재료에 대한 유리 중공체의 체적비를 10∼40 체적%로, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비를 1.0∼2.5로 조정함으로써, BMC 성형체(20)의 치수 안정성, 내열성, 강성 및 경량화를 확보하였다.

Description

램프 반사경 {REFLECTOR FOR LAMP}

도 1은 본 발명에 따른 램프 반사경이 설치된 차량용 전조등의 종단면도.

도 2는 도 1에서 부호 X로 도시한 리플렉터(reflector)의 일부분을 확대한 개략적인 단면도.

도 3은 BMC 성형체의 사출 성형 장치의 전체적인 개요도.

도 4는 전조등용 리플렉터 기재인 BMC 성형체의 실시예 1-1, 1-2, 1-3의 구체적인 조성을 도시한 도표로서, (a)는 BMC 성형체의 실시예 1-1, 1-2, 1-3에 있어서의 유리 중공체/BMC 재료의 체적비와 무기 충전재/매트릭스 수지의 체적비를 나타내고, (b)는 BMC 성형체의 실시예 1-1, 1-2, 1-3을 구성하는 BMC 재료의 구체적 조성을 나타내며, (c)는 BMC 성형체의 실시예 1-1, 1-2, 1-3의 특성을 나타냄.

도 5는 본 발명의 비교예(BMC 성형체) 1∼5의 구체적인 조성을 도시한 도표로서, (a)는 BMC 성형체의 비교예 1∼5에 있어서의 유리 중공체/BMC 재료의 체적비와 무기 충전재/매트릭스 수지의 체적비를 나타내고, (b)는 BMC 성형체의 비교예 1∼5를 구성하는 BMC 재료의 구체적 조성을 나타내며, (c)는 BMC 성형체의 비교예 1∼5의 특성을 나타냄.

도 6은 본 발명의 실시예(BMC 성형체) 1-1과 비교하기 위해 도시한 비교예(BMC 성형체; 6, 7)의 조성을 도시한 도표로서, (a)는 비교예(BMC 성형체; 6, 7)에 혼입되어 있는 유리 중공체의 평균 입경의 크기를 나타내고, (b)는 비교예(BMC 성형체; 6, 7)을 구성하는 BMC 재료의 구체적 조성을 나타내며, (c)는 각 비교예(BMC 성형체; 6, 7)의 특성을 나타냄.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

14 : 램프 반사경(리플렉터)

20 : 리플렉터 기체(BMC 성형체)

21 : 언더 코트층

22 : 알루미늄 피막(증착막)

23 : 탑 코트층

본 발명은, 표면에 알루미늄 증착에 의해 경면을 형성한 램프 반사경, 특히 이륜이나 사륜 자동차 등에 장비되는 헤드 램프, 안개등 등에 적합한 램프 반사경(리플렉터)에 관한 것으로, 특히 불포화 폴리에스터 수지를 주성분으로 하는 매트릭스 수지에, 적어도 보강재인 유리 섬유를 무기 충전재로서 첨가해서 반죽한 BMC 재료를 사출 성형에 의해 성형한 BMC 성형체를 기체로 하는 램프 반사경(리플렉터)에 관한 것이다. 매트릭스 수지는 불포화 폴리에스터, 불포화 폴리에스터의 경화 시의 가교제로서 1분자 중에 2중합 결합을 갖는 중합성 단량체, 그리고 불포화 폴리에스터 경화 시의 수축을 억제하는 목적의 열가소성 수지로 구성된다.

현재, 차량용 헤드 램프나 안개등에 사용되는 반사경(리플렉터)의 기체로서는, 치수 안정성(열수축의 영향이 적고 설계값대로의 반사면 형상을 성형하기 쉽다고 하는 특성), 내열성, 강성 및 비용성이 우수하다는 이유로, 불포화 폴리에스터 수지를 주성분으로 하는 매트릭스 수지에 보강재인 유리 섬유나 필러(filler)나 위스커(whisker)라고 하는 무기 충전재를 첨가해서 반죽한 BMC 재료를 사출 성형에 의해 성형한 BMC 성형체를 이용하는 것이 널리 알려져 있다.

그러나, BMC 성형체를 구성하는 BMC 재료(매트릭스 수지에 보강재인 유리 섬유나 필러나 위스커라고 하는 무기 충전재를 혼합한 것)의 비중은 1.8∼2.1로서, 그 비중이 일반적인 열가소성 수지의 2배 가까이 되므로, 그만큼 반사경(리플렉터)의 중량이 무거워진다. 이 때문에, 자동차 주행에 있어 연비가 커지게 되어, 최근의 저연비화라고 하는 사회적 요구에 합치하지 않는다.

따라서, 본 발명자는 BMC 성형체의 비용성을 제외한 주된 특성(치수 안정성, 내열성 및 강성)을 유지하면서 경량화할 수는 없을까 하는 생각을 하였다.

그리고, BMC 재료 중에 첨가되어 있는 유리 섬유와 그 밖의 무기 충전재 중에서, 유리 섬유는 보강재로서, BMC 성형체의 전술한 주된 특성을 확보하기 위해 불가결한 성분인 데에 반하여, 그 밖의 무기 충전재는, 유리 섬유만큼 BMC 성형체의 주된 특성을 확보하는 데에 공헌하는 것은 아니므로, 필요 불가결한 성분이라고 할 수는 없다.

따라서, 유리 섬유 이외의 무기 충전재의 일부를 유리 중공체(내부에 가스가 충전된 비중이 작은 유리 구체)로 대체하여 시험 제작한 결과, 경량화에 매우 유효 하다는 것이 확인되었다.

그러나, 유리 중공체를 첨가한 BMC 재료에서는, 사출 성형 시의 전단 압력에 의해 유리 중공체가 찌그러져 언더필(underfill) 불량이 발생하거나, 충분한 경량화를 달성할 수 없거나, 강성이 저하되는 문제가 발생하였다.

따라서, 본 발명자는 BMC 재료 중에 첨가된 유리 중공체가 사출 성형 시에 찌그러지지 않고, 종래의 BMC 성형체로서의 주된 특성(치수 안정성, 내열성 및 강성)을 손상시키지 않으면서 BMC 성형체를 경량화하는 데에 유효한 유리 중공체의 배합비를 구하기 위해 실험과 고찰을 거듭한 결과 유효한 배합비가 발견되었기에, 본 발명을 제안하기에 이른 것이다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점 및 본 발명자의 발견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은 램프 반사경의 기체를 구성하는 BMC 재료 중에 소정 배합비의 유리 중공체를 무기 충전재로서 첨가함으로써, BMC 성형체의 주된 특성(치수 안정성, 내열성 및 강성)을 손상시키지 않고 경량화할 수 있는 램프 반사경을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 따른 램프 반사경에 있어서는, 불포화 폴리에스터 수지를 주성분으로 하는 매트릭스 수지에, 적어도 보강재인 유리 섬유를 무기 충전재로서 첨가하여 반죽한 BMC 재료를 사출 성형함으로써 형성한 BMC 성형체를 기체로 하는 램프 반사경으로서, 상기 BMC 재료에 무기 충전재로서 유리 중공체를 첨가하고, 유리 중공체의 BMC 재료에 대한 체적 점유율을 10∼40 체 적%로 조정하도록 구성하였다.

여기서, 매트릭스 수지는 불포화 폴리에스터, 불포화 폴리에스터의 경화 시의 가교제로서 1분자 중에 2중합 결합을 갖는 중합성 단량체, 그리고 불포화 폴리에스터 경화 시의 수축을 억제하는 목적의 열가소성 수지로 구성된다. 불포화 폴리에스터 수지는, 불포화 폴리에스터 경화 시의 성형품의 유리 전이 온도가 150℃ 이상, 바람직하게는 160℃ 이상인 것이 좋다. 중합성 단량체로서는 스티렌 모노머, 비닐톨루엔, 디비닐벤젠, 메틸메타크릴레이트, 파라메틸스티렌, 디알릴프탈레이트 및 디알릴이소프탈레이트 등을 들 수 있으며, 이들 중합성 단량체는 1종 또는 2종 이상을 혼합한 형태로 사용할 수 있다. 열가소성 수지는 스티렌계 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 폴리메타크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸계 공중합체, 변성 ABS 수지, 폴리카프로락톤, 변성 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 특히, 폴리메타크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸 공중합체와 같은 아크릴계 수지(공중합체를 포함함), 폴리아세트산비닐, 스티렌-아세트산비닐 공중합체와 같은 아세트산비닐계 수지(공중합체를 포함)가 분산성, 저수축성, 강성의 관점에서 바람직하다. 매트릭스 수지의 구성비는 매트릭스 수지 100 질량부 가운데, 불포화 폴리에스터 30∼60 질량부, 중합성 단량체 25∼60 질량부, 열가소성 수지 8∼35 질량부로 구성된다. 바람직하게는, 불포화 폴리에스터 35∼50 질량부, 중합성 단량체 37∼50 질량부, 열가소성 수지 10∼25 질량부가 바람직하다.

또한, BMC 재료에는 보강재인 유리 섬유와 유리 중공체 이외에, 필러나 위스커라고 하는 종래에 공지되어 있는 그 밖의 무기 충전재를 필요에 따라 첨가하여도 좋다.

(작용) BMC 재료 중의 유리 중공체의 체적 점유율이 10 체적% 미만이면, 도 5의 비교예 1, 2에 도시한 바와 같이 BMC 성형체의 경량화 효과가 부족하고, 램프 반사경으로서는 지나치게 무겁다. 한편, 40 체적%를 넘으면, 도 5의 비교예 3에 도시한 바와 같이 BMC 성형체는 강성(굽힘 탄성률)이나 내충격성이 뒤떨어지는 동시에 치수 안정성을 확보하기 어렵다. 이 때문에, 유리 중공체의 BMC 재료에 대한 체적 점유율은, 도 4의 실시예 1-1, 1-2, 1-3에 도시한 바와 같이 BMC 성형체의 경량화, 강성, 내충격성 및 치수 안정성의 측면에서 10∼40 체적%가 바람직하다.

청구항 2에서는, 청구항 1에 기재한 램프 반사경에 있어서, 상기 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비(무기 충전재의 체적/매트릭스 수지의 체적)를 1.0∼2.5의 범위로 조정하도록 구성하였다.

(작용) 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비가 1.0 미만이면, 매트릭스 수지 성분이 많아져 BMC 성형체 표면의 평활성을 확보하기 쉽지만, 도 5의 비교예 4에 도시한 바와 같이 BMC 성형체는 강성(굽힘 탄성률) 및 내열성이 뒤떨어진다. 또한, BMC 재료의 유동성이 지나치게 높아서(점성이 지나치게 낮아서) 치수 안정성이 뒤떨어지는 동시에, 보이드나 가스 버닝이 발생하는 등 BMC 성형체 표면의 평활성이 나쁜 경우도 있다.

한편, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비가 2.5를 넘으면, 무기 충전재가 많을수록 도 5의 비교예 5에 도시한 바와 같이 BMC 성형체는 강성 및 내열성이 우수하지만, 매트릭스 수지에 대한 습윤성이 저하되고, BMC 성형체는 내충격성이나 이형성이 저하되어 성형이 곤란해진다. 또한, 매트릭스 수지 성분의 비율이 적을수록 BMC 성형 재료의 유동성이 나빠져서(점성이 너무 높아서) 사출 성형 중에 유리 중공체가 찌그러질 우려가 있고, 설계대로의 경량화를 할 수 없으며, 또한 성형 시에는 언더필 불량이 발생하여 성형이 안정되지 않는다.

이 때문에, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비는, 도 4의 실시예 1-1, 1-2, 1-3 및 도 5의 비교예 4, 5에 도시한 바와 같이, BMC 성형체의 치수 안정성, 내열성, 강성, 내충격성, 성형 가공성 및 경량화 면에서 1.0∼2.5의 범위가 바람직하다.

청구항 3에서는, 청구항 1 또는 2에 기재한 램프 반사경에 있어서, 상기 유리 중공체의 평균 입경을 15∼45 ㎛의 범위로 조정하도록 구성하였다.

(작용) 유리 중공체의 평균 입경이 클수록 유리 중공체의 비중이 작아지기 때문에 BMC 성형체의 경량화에 유효하지만, 평균 입경이 45 ㎛를 넘으면 유리 중공체가 이물로서 존재하여, 도 6의 비교예 7에 도시한 바와 같이 BMC 성형체의 강성(굽힘 탄성률), 굽힘 탄성 강도 및 이형성이 저하되고 치수 안정성도 나쁘다. 또한, 유리 중공체의 내압 강도가 현저히 저하되어 사출 성형 중에 찌그러지기 쉽고, 찌그러진 경우는 경량화의 효과가 감소하여 언더필 불량이 발생하는 등 안정된 성형이 곤란해진다.

한편, 유리 중공체의 평균 입경이 작을수록 치수 안정성이나 평활면의 형성이나 강성을 높이는 데에는 유효하지만, 유리 중공체의 비중이 커지고, 특히 평균 입경 15 ㎛ 미만에서는 도 6의 비교예 6에 도시한 바와 같이 유리 중공체의 비중이 1.1 이하로서, BMC 성형체의 비중은 요구치 1.7 이상(1.75)이 되므로 경량화가 곤란해진다.

따라서, 도 4의 실시예 1-1, 1-2, 1-3 및 도 6의 비교예 6, 7로부터, 유리 중공체의 평균 입경은 경량화, 치수 안정성, 강성, 굽힘 강도, 성형 가공성(이형성, 언더필 불량의 유무) 및 표면 평활성의 관점에서 15∼45 ㎛의 범위가 바람직하다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 실시예에 기초하여 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 한 가지 실시예를 나타내는데, 도 1은 본 발명에 따른 램프 반사경이 설치된 차량용 등기구(전조등)의 종단면도, 도 2는 도 1에서 부호 X로 도시한 리플렉터의 일부분을 확대한 개략적인 단면도, 도 3은 BMC 성형체의 사출 성형 장치의 전체적인 개요도이다.

도 1에서, 차량용 등기구는 전면측이 개방되는 용기 형상의 램프 본체(10)와, 이 램프 본체(10)의 전면 개구부에 조립된 전면 렌즈(12)와, 램프 본체(10)와 전면 렌즈(12)로 구획된 등실 내에 수용된 램프 반사경인 리플렉터(14)와, 이 리플렉터(14)의 후방 정상부에 설치된 벌브 삽입 부착 구멍(14b)에 삽입 부착된 광원인 벌브(15)를 구비한다. 도면 부호 16은 벌브(15)를 덮도록 설치된 커트라인 형성용 차광 쉐이드, 도면 부호 10a는 램프 본체(10)의 후방 정상부에 설치된 벌브 교환용 개구부이며, 고무 커버(11)에 의해 폐색되어 있다. 도면 부호 18은 리플렉터(14)와 램프 본체(10) 사이의 간극을 덮기 위한 익스텐션 리플렉터이다.

램프 반사경인 리플렉터(14)의 내측에는 포물면 형상의 유효 반사면(14a)이 설치되어 있고, 용기 형상으로 성형된 BMC 수지제 리플렉터 기체(20; 이하, BMC 성형체라고 부름)의 내측 표면에 알루미늄 증착 처리가 실시되어 유효 반사면(14a)이 형성되어 있다. 그리고, 벌브(15)의 발광은, 도 1에서 화살표로 도시한 바와 같이 리플렉터(14)의 유효 반사면(14a)에서 반사되어 전방 유도되고, 전면 렌즈(12)를 투과함으로써 소정의 배광이 형성된다. 따라서, 리플렉터[14; BMC 성형체(20)]는 벌브(15)의 발열에 대하여 열변형되지 않는 내열성과, 알루미늄 증착에 의해 적정한 유효 반사면(14a)을 형성할 수 있는 평활면을 구비하고 있다.

또한, 리플렉터(14)는 그 리플렉터(14)의 배후가 설치된 도시하지 않은 에이밍 기구에 의해 외팔보 지지되어 있고, 유효 반사면(14a)이 형성되어 있는 리플렉터(14)의 배면 벽에는, 벌브(15)를 삽입 부착한 리플렉터(14)의 자중에 의한 굽힘 모먼트 등의 부하가 작용하고 있다. 따라서, 리플렉터(14)는 자중이나 작용하는 진동 및 기타 외적 부하에 대하여 변형하지 않을 만큼의 강성이나 내충격성은 물론, 외적 부하가 없어진 경우에 복원할 수 있는 굽힘 강도도 갖추고 있다.

램프 반사경인 리플렉터(14)의 기본적 구성으로는, 도 2에 확대하여 도시한 바와 같이, 사출 성형에 의해 성형된 BMC 성형체(20)의 내측에 고정밀도의 평활면을 형성하기 위한 언더 코트층(21)이 형성되고, 그 위에 증착에 의해 알루미늄 피막(증착막)(22)이 형성되며, 추가적으로 알루미늄 피막(증착막)(22) 상에는 투명 재료로 이루어진 보호막인 탑 코트층(23)이 마련되어 있다.

다음으로, BMC 성형체(20)를 구성하는 BMC 재료에 대해 설명한다.

BMC 성형체(20)를 구성하는 BMC 재료는, 불포화 폴리에스터 수지를 주성분으 로 하는 매트릭스 수지에 보강재인 유리 섬유, 유리 중공체, 필러, 위스커 등의 기타 무기 충전재를 첨가한 것이다.

매트릭스 수지는 불포화 폴리에스터, 불포화 폴리에스터의 경화 시의 가교제로서 1분자 중에 2중합 결합을 갖는 중합성 단량체, 그리고 불포화 폴리에스터 경화 시의 수축을 억제하는 목적의 열가소성 수지로 구성된다. 불포화 폴리에스터 수지로는, 불포화 폴리에스터 경화 시의 성형품의 유리 전이 온도가 150℃ 이상, 바람직하게는 160℃ 이상인 것이 좋다. 중합성 단량체로는 스티렌 모노머, 비닐톨루엔, 디비닐벤젠, 메틸메타크릴레이트, 파라메틸스티렌, 디알릴프탈레이트 및 디알릴이소프탈레이트 등을 들 수 있고, 이들 중합성 단량체는 1종 또는 2종 이상을 혼합한 형태로 사용할 수 있다. 열가소성 수지는 스티렌계 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 폴리메타크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸계 공중합체, 변성 ABS 수지, 폴리카프로락톤, 변성 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 특히, 폴리메타크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸 공중합체와 같은 아크릴계 수지(공중합체를 포함함), 폴리아세트산비닐, 스티렌-아세트산비닐 공중합체와 같은 아세트산비닐계 수지(공중합체를 포함함)가 분산성, 저수축성, 강성의 관점에서 바람직하다. 매트릭스 수지의 구성비는, 매트릭스 수지 100 질량부 가운데 불포화 폴리에스터 30∼60 질량부, 중합성 단량체 25∼60 질량부, 열가소성 수지 8∼35 질량부로 구성된다. 바람직하게는, 불포화 폴리에스터 35∼50 질량부, 중합성 단량체 37∼50 질량부, 열가소성 수지 10∼25 질량부가 바람직하다.

유리 중공체는, 화학적으로 안정된 불용성 유리로 만들어진 평균 입경 70 ㎛ 이하이고 정확한 구체 형태인 유리 미소 중공체의 분말로서, 「스콧 라이트」 또는 「셀스타」라고 부르고 있다.

위스커의 재료로는 탄산칼슘, 규산칼슘, 붕산알루미늄, 티탄산칼륨, 황산마그네슘 등을 들 수 있고, 필러의 재료로는 탄산칼슘, 운모, 탈크, 그래파이트, 수산화알루미늄 등을 들 수 있다. 그리고, 유리 중공체는 워스커나 필러에 비하여 고가이기 때문에, 저가격화를 위해서는 후술하는 BMC 성형체(20)로서 소정의 특성을 확보할 수 있는 범위 내에서 유리 중공체의 첨가량을 줄이고, 위스커나 필러의 첨가량을 늘려도 좋다.

그리고, 유리 중공체의 BMC 재료에 대한 체적 점유율이 10∼40 체적%로 조정되어, BMC 성형체(20)의 강성, 내충격성, 치수 안정성 및 경량화가 도모되고 있다.

즉, BMC 재료 중의 유리 중공체의 체적 점유율이 10 체적% 미만이면, 도 5의 비교예 1, 2에 도시한 바와 같이 BMC 성형체(20)의 경량화 효과가 부족하고, 램프 반사경으로서는 지나치게 무겁다. 한편, 40 체적%를 넘으면, 도 5의 비교예 3에 도시한 바와 같이 BMC 성형체(20)의 강성(굽힘 탄성률)이나 내충격성이 뒤떨어지는 동시에 치수 안정성을 확보하기 어렵다. 이 때문에, 유리 중공체의 BMC 재료에 대한 체적 점유율은, 도 4의 실시예 1-1, 1-2, 1-3 및 도 5의 비교예 1, 2에 도시한 바와 같이 BMC 성형체(20)의 경량화, 강성, 내충격성 및 치수 안정성을 확보할 수 있는 10∼4O 체적%로 조정되어 있다.

또한, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비(무기 충전재의 체적/매트릭스 수지의 체적)는 1.0∼2.5의 범위로 조정되어, BMC 성형체(20)의 강성과 치수 안정성(설계값에 따라 알루미늄 증착 처리가 이루어지는 면형상의 확보)이 도모되고 있다.

즉, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비가 1.0 미만이면 매트릭스 수지 성분이 많아져 BMC 성형체(20) 표면의 평활성을 확보하기 쉽지만, 도 5의 비교예 4에 도시한 바와 같이 BMC 성형체(20)는 강성(굽힘 탄성률) 및 내열성이 뒤떨어진다. 또한, BMC 재료의 유동성이 지나치게 높아서(점성이 지나치게 낮아서) 치수 안정성이 뒤떨어지는 동시에, 보이드나 가스 버닝이 발생하는 등 BMC 성형체(20) 표면의 평활성이 나쁜 경우도 있다.

한편, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비가 2.5를 넘으면, 무기 충전재가 많을수록 도 5의 비교예 5에 도시한 바와 같이 BMC 성형체(20)는 강성 및 내열성이 우수하지만, 매트릭스 수지에 대한 습윤성이 저하되고, BMC 성형체(20)는 내충격성이나 이형성이 저하되어 성형이 곤란해진다. 또한, 매트릭스 수지 성분의 비율이 적을수록 BMC 성형 재료의 유동성이 나빠서(점성이 너무 높아서), 사출 성형 중에 유리 중공체가 찌그러질 우려가 있고, 설계대로 경량화를 할 수 없으며, 또한 성형 시에 언더필 불량이 발생하여 성형이 안정되지 않는다.

이 때문에, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비는, 도 4의 실시예 1-1, 1-2, 1-3 및 도 5의 비교예 4, 5에 도시한 바와 같이 BMC 성형체의 치수 안정성, 내열성, 강성, 내충격성, 성형 가공성 및 경량화를 확보할 수 있는 1.0∼2.5의 범위로 조정되어 있다.

또한, 유리 중공체의 평균 입경을 15∼45 ㎛의 범위로 조정하는 것에 의해서도, BMC 성형체(20)의 치수 안정성, 강성 및 경량화가 개선되고 있다.

즉, 유리 중공체의 평균 입경이 클수록 유리 중공체의 비중이 작아지기 때문에 BMC 성형체의 경량화에 유효하지만, 평균 입경이 45 ㎛를 넘으면 유리 중공체가 이물로서 존재하여, 도 6의 비교예 7에 도시한 바와 같이 BMC 성형체(20)의 강성(굽힘 탄성률), 굽힘 강도 및 이형성이 저하되고 치수 안정성도 나빠진다. 또한, 유리 중공체의 내압 강도가 현저히 저하되어 사출 성형 중에 찌그러지기 쉽고, 찌그러진 경우에는 경량화의 효과가 감소하여 언더필 불량이 발생하는 등 안정된 성형이 곤란해진다.

한편, 유리 중공체의 평균 입경이 작을수록 치수 안정성이나 평활면의 형성이나 강성을 높이는 데에는 유효하지만, 유리 중공체의 비중이 커지고, 특히 평균 입경 15 ㎛ 미만에서는, 도 6의 비교예 6에 도시한 바와 같이 유리 중공체의 비중이 1.1 이상이 되어 BMC 성형체(20)의 비중은 요구값 1.7 이상(1.75)이 되어 경량화가 곤란해진다.

이 때문에, 도 4의 실시예 1-1, 1-2, 1-3 및 도 6의 비교예 6, 7로부터 유리 중공체의 평균 입경은 경량화, 치수 안정성, 강성, 굽힘 강도, 성형 가공성(이형성, 언더필 불량의 유무) 및 표면의 평활성의 관점에서 15∼45 ㎛의 범위로 조정되어 있다.

다음에, BMC 성형체(20)를 사출 성형하는 성형 장치의 개요를 도 3에 기초하여 설명한다.

도면 부호 30은 사출 성형용의 금형 장치로, 이 금형 장치(30)는 BMC 재료가 주입되는 고정측 금형(32)과, 이 고정측 금형(32)에 대하여 가까와지고 멀어지는 동작이 가능한 가동측 금형(34)을 구비하고 있다. 양 금형(32, 34)의 대향하는 쪽에는 각각 성형면(33, 35)이 형성되어 있고, 금형(32, 34)을 접근시켜 결합시키면, 수지가 충전되는 캐비티(C)가 양 성형면(33, 35)에 의해 정의된다. 고정측 금형(32)에는 캐비티(C)로 연통하는 필름 게이트(G)가 설치되어 있고, 이 필름 게이트(G)에는 스풀부(36)를 통해 수지 공급 장치의 실린더(40)의 노즐(42)이 연락하고 있다. 그리고, 노즐(42)로부터 공급된 BMC 재료는 스풀부(36)를 통해 필름 게이트(G)로 도입되고, 필름 게이트(G)로부터 캐비티(C) 내로 사출 충전되며, 가열 경화함으로써 BMC 성형체(20)가 성형된다.

그리고, BMC 성형체(20)를 성형하기 위한 BMC 재료 중에는 무기 충전재로서 유리 중공체가 첨가되어 있어, BMC 재료 사출 시의 과도한 전단 압력에 의해 유리 중공체가 찌그러져, 쇼트샷(shortshot)에 의해 언더필 부분이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 사출 시의 전단 압력에 의해 이 유리 중공체가 찌그러지지 않도록, BMC 재료 중에 첨가하는 유리 중공체는 평균 입경이 15∼45 ㎛의 범위이고, 40 MPa 이상의 내압 강도를 갖는 것으로 한정되어 있다.

또한, 사출 성형 시의 실린더(40) 내부 수지 온도는, 종래의 BMC 재료의 사출 성형 시의 실린더 내부 수지 온도(상온)보다 높은 온도(30∼40℃)로 조정되어, BMC 재료의 사출 시의 흐름을 원활하게 함으로써 사출 전단 압력이 작아지도록 되어 있다.

또한, 가장 높은 사출 전단 압력이 작용하는 부위는 게이트(G) 근방이기 때 문에, 게이트(G)의 개구 면적(단면적)을 20 ㎜ ×2 ㎜ 이상의 크기로 하는 동시에, BMC 성형체(20)의 최저 두께를 1.5 ㎜ 이상 확보함으로써, 필름 게이트(G)의 근방에서 유리 중공체의 내압 강도(40 MPa) 이상으로 사출 전단 압력이 상승하지 않도록 구성되어 있다.

도 4는 전술한 실시예(BMC 성형체)를 더욱 구체화한 실시예 1-1, 1-2, 1-3을 도시한 도면으로, (a)는 BMC 성형체의 실시예 1-1, 1-2, 1-3에 있어서의 유리 중공체/BMC 재료의 체적비와 무기 충전재/매트릭스 수지의 체적비를 나타내며, (b)는 BMC 성형체의 실시예 1-1, 1-2, 1-3을 구성하는 BMC 재료의 구체적 조성을 나타내고, (c)는 BMC 성형체의 실시예 1-1, 1-2, 1-3의 특성을 나타낸다.

또한, 도 5는 전술한 실시예(BMC 성형체) 1-1, 1-2, 1-3과 비교하는 비교예(BMC 성형체) 1∼5가 도시되어 있는 도면으로, (a)는 BMC 성형체의 비교예 1∼5에 있어서의 유리 중공체/BMC 재료의 체적비와 무기 충전재/매트릭스 수지의 체적비를 나타내며, (b)는 BMC 성형체의 비교예 1∼5를 구성하는 BMC 재료의 구체적 조성을 나타내고, (c)는 BMC 성형체의 비교예 1∼5의 특성을 나타낸다.

또한, 도 6에는 도 4에 도시한 실시예(BMC 성형체) 1-1과 비교되는 비교예(BMC 성형체) 6, 7이 도시되어 있는데, (a)는 비교예(BMC 성형체) 6, 7에 혼입되어 있는 유리 중공체의 평균 입경의 크기를 나타내며, (b)는 비교예(BMC 성형체) 6, 7을 구성하는 BMC 재료의 구체적 조성을 나타내고, (c)는 각 비교예(BMC 성형체) 6, 7의 특성을 나타낸다.

또한, 도 4(b), 도 5(b), 도 6(b)에 있어서, IPA/Man/PG는 이소프탈산과 말 레이산과 프로필렌글리콜의 중축합물, PMMA는 폴리메타크릴산메틸, TBPB는 t-부틸퍼옥시벤조에이트, Zn-St는 스테아린산아연이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 실시예(BMC 성형체) 1-1에서는 유리 중공체의 BMC 재료에 대한 체적비가 31 체적%이며, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비가 1.84이다. 또한, 실시예(BMC 성형체) 1-2에서는 유리 중공체의 BMC 재료에 대한 체적비가 37 체적%이며, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비가 2.19이다. 또한, 실시예(BMC 성형체) 1-3에서는 유리 중공체의 BMC 재료에 대한 체적비가 26 체적%이며, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비가 1.18이다.

그리고, 실시예 1-1, 1-2, 1-3 중 어느 경우에도, 헤드 램프 반사경으로서의 실용 레벨의 물성[강성과 내충격성에 영향을 주는 60 MPA 이상의 굽힘 강도, 9 GPa 이상의 굽힘 탄성률 및 5 KJ/㎡ 이상의 샤르피 충격 강도, 성형 가공성에 영향을 주는 성형품이 금형에 부착되지 않는 이형성, 치수 안정성에 영향을 주는 0.1% 이하의 성형 수축률 및 9 GPa 이상의 굽힘 탄성률, 내열성에 영향을 주는 180℃에서의 강열감량(가스 발생량) 0.60 g/㎡ 이하, 1.7 이하의 저비중]이 실현되어 있다.

한편, 비교예 1은 현행의 BMC 성형체로서, 유리 중공체를 전혀 포함하고 있지 않기 때문에 강도 물성은 우수하지만, 비중이 요구값 1.7보다 큰 값인 1.97이므로 무겁다.

또한, 비교예 2에서는 유리 중공체/BMC 재료의 체적비가 10% 이하(0.95%)이기 때문에, 비중이 1.84이므로 경량화 효과는 거의 없다.

또한, 비교예 3에서는, 유리 중공체/BMC 재료의 체적비가 40% 이상(40.5%)이 되면, 강성에 영향을 주는 굽힘 탄성률이 요구값(9 이상)에 대하여 8.6으로 저하되고, 성형 왜곡에 의한 휨이나 에이밍 조작 시의 변형이 나타나 반사면의 형상을 유지할 수 없다. 즉, 치수 안정성이 나쁘다. 또한, 강성 및 충격 강도도 저하되어 리플렉터가 진동으로 인해 탈락할 우려가 있다.

또한, 비교예 4에서는, 무기 충전재/매트릭스 수지의 체적비(0.97)가 1 이하로, 강성에 영향을 주는 굽힘 탄성률이 요구값(9 이상)에 대하여 7.8로 저하되고, 성형 왜곡에 의한 휨이나 에이밍 조작 시의 변형으로서 나타나 리플렉터의 반사면의 형상을 유지할 수 없다. 또한, 내열성의 관점에서도 뒤떨어진다. 그 결과, 램프 점등 시에 BMC 성형체로부터의 탈가스량이 증가하여 렌즈의 표면에 탈가스 성분이 냉각 고화 부착되고, 출사광의 투과율이 저하되어 램프의 조도가 저하되거나 램프의 외관 품질 열화를 초래한다.

또한, 비교예 5에서는, 무기 충전재/매트릭스 수지의 체적비가 2.5 이상(2.52)이면, 매트릭스 수지가 부족하여 인성이 없어진다. 그 결과, 성형품이 취성으로 되어, 이형 시에 리브 등의 이형 저항이 큰 부위가 금형에 부착되므로 성형품을 금형으로부터 잘 분리할 수 없다(성형 가공성이 나쁘다). 또한, 내충격성이 저하되어 리플렉터가 진동으로 탈락할 우려가 있다. 또한, 배합상의 이론 비중 1.45에 대하여 성형품의 비중은 1.50으로 크다. 이것은, 매트릭스 수지의 체적 비율이 작아졌기 때문인데, 이로 인해 BMC 재료의 점도가 높아지고, 사출 성형 시의 전단 압력이 상승하여 유리 중공체의 약 7%가 사출 시에 파손되게 된다. 이에 따라, 사출 경량치가 불안정해지고, 언더필 불량의 발생으로 이어져서 성형 안정성이 부족하게 되는 것을 의미한다.

또한, 비교예 6과 같이 유리 중공체의 평균 입경이 10 ㎛로 지나치게 작으면, 유리 중공체 자체의 내압 강도는 높지만 유리 중공체 자체가 두꺼워지기 때문에 그 비중은 1.1로 커지고, 성형품(BMC 성형체)의 비중은 요구되는 비중(1.7 이하)보다 큰 1.75가 되므로, 경량화를 달성할 수 없다.

또한, 비교예 7과 같이 유리 중공체의 평균 입경이 52 ㎛로 지나치게 크면, 유리 중공체 자체의 내압 강도가 저하되고, 사출 성형 시의 전단 압력 30∼40 MPa에 더 이상 견딜 수 없어서 파손되기 때문에, 약 40%의 유리 중공체가 찌그러지고 성형 시에 언더필 불량이 계속 생긴다. 즉, 성형 안정성이 부족하다. 또한, 성형품(BMC 성형체)의 비중은 요구값(1.7 이하)보다 낮은 값인 1.5이지만, 이론 비중에 대하여 0.2 정도 큰 값이 되므로, 설계대로의 성형품을 얻을 수 없다. 또한, 강성(굽힘 탄성률) 및 굽힘 강도의 저하가 커져서, 차량용 등기구에 이용하는 램프 반사경 기재(BMC 성형체)로서는 이용할 수 없다.

이상과 같이, 청구항 1에 따른 램프 반사경에 의하면, BMC 재료 중에 무기 충전재로서 소정량의 유리 중공체를 첨가함으로써 BMC 성형체가 경량화되어, 종래의 BMC 수지제 램프 반사경의 특성(내열성, 강성 및 반사 효율)이 유지된 경량의 램프 반사경을 얻을 수 있다.

청구항 2에 따르면, 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비가 조정됨으로써, 종래의 BMC 수지제 램프 반사경의 특성(내열성, 강성 및 반사 효율)이 확실하게 유지된 보다 경량의 램프 반사경을 얻을 수 있다.

청구항 3에 따르면, BMC 성형체를 구성하는 무기 충전재인 유리 중공체의 평균 입경이 조정됨으로써, 종래의 BMC 수지제 램프 반사경의 특성(내열성, 강성 및 반사 효율)이 보다 개선된 경량의 램프 반사경을 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 불포화 폴리에스터 수지를 주성분으로 하는 매트릭스 수지에, 적어도 보강재인 유리 섬유를 무기 충전재로서 첨가해서 반죽한 BMC 재료를 사출 성형함으로써 성형한 BMC 성형체를 기체로 하는 램프 반사경으로서,

   상기 BMC 재료에는 무기 충전재로서 유리 중공체가 추가로 포함되고, 상기 유리 중공체의 BMC 재료에 대한 체적 점유율이 10∼40 체적%로 조정된 것을 특징으로 하는 램프 반사경.
2. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 수지에 대한 무기 충전재의 체적비(무기 충전재의 체적/매트릭스 수지의 체적)는 1.0∼2.5의 범위로 조정된 것을 특징으로 하는 램프 반사경.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리 중공체의 평균 입경은 15∼45 ㎛의 범위로 조정된 것을 특징으로 하는 램프 반사경.

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