KR0170592B1 - 광학 소자 성형 방법 및 장치 - Google Patents

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스나오 미야쟈끼
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미따라이 후지오
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Abstract

주형 본체(100)에서, 글래스 재료(G)를 정렬시키는 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)는 하부 주형(101)의 렌즈면 성형면 주위에 제공된다. 접촉 부재(805, 806)는 글래스 재료(G)에 직접 접촉하는 부분들에 테이퍼부(805a, 806a)를 갖고 있다. 주형 본체(100) 주위에는 정렬 장치의 각 접촉 부재(805, 806)와 각 하부 주형(101)의 중심 사이에 일정 거리를 유지하고 접촉 부재(805, 806)의 상대적 위치를 유지하기 위한 기구로서 랙(807, 808) 및 피니언(809)이 제공된다. 접촉 부재(805, 806)를 작동시키는 구동 실린더(814)가 랙(808)의 말단부 주위에서 프레스 성형 장치 본체에 제공된다.

Description

광학 소자 성형 방법 및 장치
제1도는 본 발명이 적용되는 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시하는 정면도.
제2도는 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시하는 평면도.
제3도는 프레스 성형 장치에 사용되는 주형 장치의 주요부를 도시하는 횡단면도.
제4도는 제3도의 참조 부호 A1과 A2사이의 주요부를 도시하는 횡단면도.
제5도는 제4도의 주요부를 도시하는 횡단면도.
제6도 내지 제8도는 중심 조정 부재를 도시하는 횡단면도.
제9도는 스프링 기구를 도시하는 사시도.
제10도는 스프링 기구의 설명도.
제11a도 내지 제 11d도는 프레스 성형 공정을 설명하는 횡단면도.
제12도는 본 발명이 적용되는 팔레트(palette)의 정렬을 설명하는 평면도.
제13도는 팔레트의 냉각을 설명하는 횡단면도.
제14도 및 제15도는 본 발명이 적용되는 커넥터를 도시하는 횡단면도.
제16a도는 프레스 성형 장치를 사용하여 광학 소자를 성형하는 공정을 도시하는 플로우차트.
제16b도는 제16a도에서의 정렬 처리를 도시하는 플로우차트.
제16c도는 제16a도에서의 프레스 처리를 도시하는 플로우차트.
제17도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주형 장치 및 정렬 장치를 도시하는 평면도.
제18도는 제17도의 선 A-A를 따라 절단한 횡단면도.
제19도는 정렬이 수행되는 제1 실시예의 주형 장치 및 정렬 장치를 도시하는 평면도.
제20도는 제1 실시예의 변형 예에 따른 정렬 장치를 도시하는 평면도.
제21도는 제1 실시예의 다른 변형 예에 따른 정렬 장치를 도시하는 평면도.
제22도는 제1 실시예의 다른 변형 예에 따른 정렬 장치를 도시하는 평면도.
제23도는 정렬이 수행되는, 본 발명의 제2 실시예의 주형 장치 및 정렬 장치를 도시하는 평면도.
제24도는 제23도의 선 B-B를 따라 절단한 횡단면도.
제25도 내지 제27도는 각각 제2 실시예의 정렬 장치의 작동을 설명하는 횡단면도.
제28도 내지 제30도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 렌즈 블랭크를 성형하기 위한 주형 장치 및 정렬 장치의 구조, 및 렌즈 블랭크의 성형 공정을 도시하는 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 주형 2 : 프레스 작동 기구
3 : 성형 챔버 100 : 주형 본체
101, 941 : 하부 주형 102, 942 : 상부 주형
105 : 인상 부재(pull up member) 106 : 중심 조정 부재
805, 806 : 정렬 장치의 접촉 부재 805a, 805b : 테이퍼 부분
807, 808 : 랙 809 : 피니언
811 : 슬라이드 홈 812 : 지지 부재
814 : 구동 실린더 951 : 히터
953 : 하부 주형 블록 954 : 상부 주형 블록
955 : 지지 파이프 956 : 프레스 축
G, G' : 글래스(glass) 재료
본 발명은 광학 소자 성형 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 열 연화 상태의 광학 재료를 프레스 성형하여 렌즈 블랭크, 광학 렌즈, 프리즘 등의 광학 소자를 얻는 광학 소자 성형 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 카메라, 비디오 카메라 등의 광학 시스템은 광학 시스템의 소형화 및 비용 인하에 기여하는 비구면 렌즈를 사용하고 있다. 그러한 비구면 렌즈를 효율적으로 제조하는 종래의 방법은 소정의 표면 정밀도를 갖고 있는 주형들 사이에 재료를 위치시키고, 렌즈를 프레스 성형(press-molding)하는 것이다. 그러나, 광학 시스템용으로 사용되는 렌즈는 비교적 고정밀도로 제조되어야 하기 때문에, 렌즈의 가능한 형상 및 크기가 제한되고, 그에 따라, 가능한 형상 및 크기가 개발되고 있다. 현재의 기술에 의해 성형될 수 있는 형상의 렌즈에 대해서도, 비용의 인하가 계속 연구되고 있다.
종래의 기술에서, 용융 글래스(molten glass) 등의 글래스 재료로부터 렌즈 등의 고정밀도 성형품을 직접 생산하는 것은 이루어지지 않고 있다. 그러나, 비용 인하에 대한 요구로 인해, 그러한 성형품에 대한 필요성이 증가하고 있다.
또한, 렌즈 형상에 관해서도, 볼록 렌즈 뿐만 아니라 오목 렌즈에 대한 필요성도 증가하고 있다.
그러한 고정밀고 렌즈 형상을 성형할 때, 프레스 성형 전에 하부 주형 상에 위치되는 글래스 재료와 하부 주형 사이의 위치 정밀도, 즉 성형 전에 글래스 재료가 위치되는 위치의 정밀도를 고려하는 것이 중요하다. 예컨대, 재료의 위치 정밀도가 나쁘면, 변위된 프레스 성형 위치에서 재료가 성형되어, 렌즈의 전사면(transfer surface)에 공급되는 성형 재료의 부족이 발생하게 된다. 그러한 부적합을 방지하기 위해, 재료의 양을 필요 이상으로 크게 해야 한다. 또한, 변위 성형된 성형품은 불안정한 형상을 갖기 때문에, 주형으로부터 성형품을 꺼낼 때와 같은 성형품의 취급 시에 장애가 된다.
글래스 재료 등의 글래스 재료를 주형에 위치시킬 때의 위치 정밀도를 향상시키기 위한 방법으로서, 일본국 특허출원 공개 평성4-130024호는 진공 척을 사용하여 주형에 재료를 공급하는 것을 개시하고 있고, 재료 공급 장치로서의 그러한 흡착 부재는 위치 정렬 기구를 갖고 있다. 이러한 방법에 따르면, 진공 척과 재료의 위치들을 정렬시킴으로써 재료와 주형의 실질적인 정렬이 이루어진다.
종래 기술에서는, 글래스 재료로부터 직접 렌즈 등과 같은 고정밀 성형품을 제조하지는 않고 있다. 그러나, 비용 인하 요구로 인해, 상기 성형품의 필요성은 증가하고 있다. 렌즈 형상에 관해서도, 볼록 렌즈 뿐만 아니라 오목 렌즈, 그리고 큰 직경을 갖는 렌즈도 요구되고 있다.
그러한 고정밀도 렌즈 형상을 성형할 때, 프레스 성형 전에 하부 주형 상에 위치되는 글래스 재료와 하부 주형 사이의 위치 정밀도, 즉 성형 전에 글래스 재료가 위치되는 위치의 정밀도를 고려해야 한다. 그러나, 재료 위치와 주형 위치의 고정밀도 정렬은 그러한 렌즈들에 대해서는 그렇게 많지 않았기 때문에 행해지지 않았다.
그러나, 비구면 렌즈의 사용은 더욱 더 증가하고, 이들 렌즈들의 다양한 형상의 수도 증가하고 있는데, 예컨대, 쉽게 성형 가능한 볼록 렌즈로부터 광학 기능면을 정확하게 성형하기에 어려움이 있는 오목렌즈를 포함한 다른 형태의 렌즈에 이르기까지 증가하고 있다.
수요가 증가하고 잇는 오목 렌즈의 형성에 대해서는, 특히, 양면 오목 렌즈의 경우에는, 볼록 형상의 하부 주형 상에 글래스 재료가 위치해야 한다. 만일 재료가 변위된 위치에 위치되면, 재료가 낙하할 위험을 갖고 성형이 이루어진다. 또한, 볼록 렌즈와는 달리, 오목 렌즈는 중심부에 비해 압력을 받지 않는 외주부의 두께가 두껍다. 만일 외주부가 충분히 가압되지 않으면 그 부분이 변형되고, 따라서, 기능면 형상이 예상한 것처럼 전사될 수 없다. 또한, 재료의 위치가 약간만 변위되고 성형품 렌즈의 전사 영역이 감소되면, 불량 성형품을 제조할 가능성이 증가한다. 이러한 부적합을 방지하기 위해, 글래스 재료의 양이 필요량보다 많아질 수 있지만, 오목 렌즈는 두꺼운 외주부를 갖고 있기 때문에, 소량의 변위만 있어도 글래스 양의 증가가 상당히 크다. 이러한 증가는 비용 및 기술적 부담을 증가시킨다.
프리포옴(preform)을 성형할 때, 위치 정밀도가 나쁘면, 성형면의 곡률 중심 및 외주부로부터의 중심이 변위된다. 그 결과, 이러한 프리포옴이 렌즈를 성형하기 위해 사용되면, 렌즈 블랭크와 주형의 위치들이 정확하게 정렬되지 않기 때문에, 상술한 부적합이 발생한다. 즉, 렌즈 블랭크도 정확하게 성형되어야 한다.
오목 렌즈 이외의 경우에도, 비용을 크게 줄이기 위해 글래스 재료가 사용될 수 있다. 예컨대, 종래에는 연마(grinding)에 의해 글래스 재료의 형상 및 중량이 조정되었지만, 최근에는 용융 글래스로부터 글래스 재료가 직접 성형되고 있다[정밀 프리포옴(precise preform)]. 후자의 경우, 연마 조정된 재료에 비해, 형상 및 중량의 변화가 더 크다. 변화를 감소시키려고 추구하면, 재료 제조 공정에서의 생산성이 떨어져서, 비용을 더 증가시킨다.
볼록 렌즈가 변위 위치에 형성되는 경우에, 그 주변부가 증가하고, 이는 종종 렌즈의 파괴를 야기시킨다. 렌즈 형상 이외에, 변위 위치에서 성형된 성형품은 불안정한 형상을 갖고, 렌즈를 주형으로부터 취하는 것과 같은 처리 시의 실수의 가능성이 더 증가하게 된다. 또한, 이는 성형의 자동화에도 장애가 된다.
상술한 바와 같이, 재료를 정렬시키기 위한 더 높은 정밀도, 및 재료의 형상의 변화와 부합할 수 있는 정렬 방법이 필요하다.
일본국 특허 공개 평성4-130024호에는, 흡착 부재에 정렬 기구가 제공되지만, 정렬 방법에 대한 상세한 설명은 없다. 실시예에 의하면, 흡착 부재로터 하부 주형으로 글래스 재료를 공급하는 동시에, 글래스 재료를 안내하기 위해 정렬 안내부가 개방된다. 이는 글래스 재료가 흡착 부재로부터 공급되기 전에 글래스 재료와 주형 사이의 위치 관계를 기술하고 있지만, 글래스 재료가 흡착 부재로부터 주형 상으로 낙하한 후의 글래스 재료의 위치의 정렬에 대해서는 기술하고 있지 않다. 또한, 글래스 재료가 주형 상에 위치한 후에 글래스 재료의 위치가 정렬되지만, 그 실시예의 구성은 글래스 재료의 치수의 변화에 대응하는 정확한 위치 정렬을 수행할 수 없다.
본 발명은 상술한 상황을 고려하여 이루어진 것으로서, 글래스 재료의 치수와 양이 변동하거나 글래스 재료의 치수나 양이 변경되는 경우에도 주형과 글래스 재료의 정확한 정렬이 가능한 광학 소자 성형 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 고정밀도의 정렬을 할 수 있고 주형 교환이 용이하여 유지 성능을 향상시킬 수 있는 광학 소자 성형 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 정렬 부재와 주형이 별도로 제공될지라도 글래스 재료와 주형의 정확한 정렬을 할 수 있는 광학 소자 성형 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 소형 구조를 갖는 정렬 부재를 사용하여, 크기의 변동을 갖는 글래스 재료와 주형과의 정확한 정렬을 할 수 있는 광학 소자 성형 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 주형과 정렬 부재를 주형 상에 위치한 글래스 재료와 함께 가열할 때, 미리 실온 부근의 온도로 조정된 주형과 정렬 부재 사이의 위치 관계가, 다른 열팽창률로 인해, 변동하는 것을 방지하는 광학 소자 성형 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 가열된 주형 상에 위치한 글래스 재료를 정렬할 수 있고, 실온 부근의 온도로 조정된 주형과 정렬 부재의 위치 관계가, 이들 부재들 사이의 다른 열팽창률로 인해, 가열 시에 변동하는 것을 방지하는 광학 소자 성형 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 글래스 재료의 점성에 기초하여 글래스 재료의 효율적인 정렬을 할 수 있는 광학 소자 성형 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 글래스 재료들의 동시적인 성형을 위해 복수개의 글래스 재료의 동시적인 정렬을 할 수 있는 광학 소자 성형 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 전술한 목적들은 가열 연화된 광학 재료를 한 세트의 주형들을 사용하여 가압함으로써 원하는 형상의 광학 소자를 성형하는 광학 소자 성형 방법에 있어서, 광학 재료에 접촉시켜 소정의 위치로 주형 내의 광학 재료를 이동시킴으로써 주형에 대해 광학 재료의 정렬을 행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소지 성형 방법을 제공함으로써 달성된다.
또한, 전술한 목적들은 하나는 고정식 주형으로서 광학 기능면을 전사하는 오목면을 갖고 있고 다른 하나는 가동식 주형으로서 볼록면을 갖고 있는 한 쌍의 주형들을 사용하여 가열 연화된 광학 재료를 가압함으로써 광학 재료의 하나 이상의 표면상에 오목한 광학 기능면을 성형하는 광학 소자 성형 방법에 있어서, 가동식 주형 상에 광학 재료를 위치시키는 단계와 ; 가동식 주형에 대해 광학 재료를 정렬시키는 단계와 ; 한 쌍의 주형들에 의해 광학 재료를 가압하여 광학 재료의 하나 이상의 면상에 오목한 광학 기능면을 전사시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법을 제공함으로써 달성된다.
또한, 전술한 목적들은 가열 연화된 광학 재료를 한 쌍의 주형들을 사용하여 가압함으로써 원하는 형상의 광학 소자를 성형하는 광학 소자 성형 장치에 있어서, 광학 재료에 접촉시켜 소정의 위치로 주형 내의 광학 재료를 이동시킴으로써 주형에 대해 광학 재료를 정렬시키는 정렬 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치를 제공함으로써 달성된다.
또한, 전술한 목적들은 복수의 가열 연화된 광학 재료를 복수 쌍의 주형들을 사용하여 가압함으로써 원하는 형상의 복수의 광학 소자를 성형하는 광학 소자 성형 장치에 있어서, 광학 재료에 접촉시켜 소정의 위치로 주형 내의 광학 재료를 이동시킴으로써 주형에 대해 광학 재료를 대략 동시에 정렬시키는 정렬 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치를 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 도면 전체에 걸쳐서 동일 명칭 또는 동일 부품들에 동일 참조 부호를 사용하여 표시한 첨부 도면들과 관련하여 행해진 다음 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 명세서에 조립되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 설명하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
이제, 본 발명의 양호한 실시예들을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.
[프레스 성형 장치]
우선, 본 발명이 적용되는 프레스 성형 장치의 구조를 설명한다.
제1도는 본 발명이 적용되는 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 제2도는 프레스 성형 장치를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
제1도 및 제2도에 있어서, 프레스 성형 장치는 글래스 재료(렌즈 블랭크)를 주형 속으로 장전하고 주형(1)의 (후술하는) 가동부를 프레스 작동 기구(2)에 의해 이동시킴으로써 프레스 성형을 수행한다. 양호하게는, 이러한 프레스 성형은 질소 분위기 등의 불활성 가스 분위기에서 수행된다. 주형(1), 프레스 작동기구(2) 등은 기밀 성형 챔버(3) 내에 제공된다. 렌즈 블랭크(lens blank)는 완전 성형된 형태에 가깝게 예비 성형된 글래스 재료임을 주목해야 한다.
제1도 내지 제3도에 도시된 바와 같이, 프레스 작동 기구(2)는 프레스 성형 위치에, 안내 레일의 하부 측에 압상 작동(thrust-up operation)을 위한 작동 기구(201)를 갖고, 주형(1)의 상부 부분에, 각각의 상부 주형 부재(102)에 대응하는 네 개의 프레스 로드(202)들을 갖고 있다. 프레스 작동기구(2)는 이들 부재들을 홀더 블록(203)으로 보유한다. 작동 기구(201)는 성형 챔버(3)의 하부에 제공된 링부재(204)를 개재하여 외측으로부터 성형 챔버(3) 속으로 그 상부 부분을 삽입한다. 또한, 작동 부재(201)의 하부 단부는 압상 작동을 위해 실린더 기구(205)의 상방으로 연장하는 피스톤 로드(206)에 연결된다. 또한, 작동 부재(201)의 상부 단부에는, 하부 주형(101)에 연결된 압상편(thrust up piece)(207)이 제공된다. 압상 부재(207)는 주형 본체(100)에 관해 활주하여 하부 주형(101)을 공통으로 민다.
성형 챔버(3)는 플랫포옴(10) 상에 제공된다. 성형 챔버(3)는 글래스 재료를 공급하고 성형품을 배출하기 위해 출입구(301)에 게이트 밸브(11)를 갖고 있고, 챔버(3)는 이러한 게이트 밸브(13)를 개재하여 외부 부품에 연결된다. 플랫포옴(10)상에는, 성형 챔버(3)에 인접하여 주형 교환 챔버(3)가 제공된다. 주형 교환 챔버(12)는 게이트 밸브(13)를 개재하여 성형 챔버(3)에 연결된다.
성형 챔버(3)에는 글래스 재료를 주형(1) 속으로 도입하고 성형품을 배출하기 위한 교환 기구(4)가 제공된다. 교환 기구(4)는 외측으로부터 성형 챔버(3) 속으로 수직으로 도입된 회전축(401)의 상부 단부에 재료/성형품 이송 기구로서의 흡착 밴드(402)를 부착하고, 흡착 밴드(402)의 단부에 흡착 패드(403)를 부착함으로써 제작된다. 회전축(401)은 플랫포옴(10) 상에 제공된 실린더 기구(14)의 피스톤 로드(14A)에 회전 가능하게 연결된다. 회전축(401)은 피스톤 로드(14A)의 작동에 의해 축방향을 따라 상하로 이동되고, 기어(16)를 개재하여 피스톤 로드(14A)에 제공된 전기 모터(15)에 의해 회전된다.
상술한 구조에서, 흡착 패드(403)가 글래스 재료를 흡착 보유하면서, 흡착 패드(403)가 실린더 기구(14)의 제어 및 전기 모터(15)의 회전 제어에 기초하여 회전축(401)의 상하 운동 및 회전에 의해 주형(1) 속으로 도입된다. 그 다음에, 흡착 패드(403)가 성형품을 계속 흡착 보유하면서, 흡착 패드(403)의 도입 시와는 반대 방향으로의 회동축(401)의 상하 운동 및 회전에 의해 흡착 패드(403)가 주형(1)으로부터 이송된다.
플랫포옴(10) 상에는, 성형 챔버(3) 속으로 글래스 재료를 반송하고 성형 챔버(3)로부터 성형품을 배출하기 위한 반입/배출 기구(17)가 출입구(301) 아래에 제공된다. 반입/배출 기구(17)는 실린더 기구(18)로부터 상방으로 연장하는 피스톤 로드(18A)에 교환 챔버(171)를 갖고 있고, 교환 기구(171)의 상부 단부에 제공되어 교환 기구(171) 내외로 상하 방향으로 이동하는 반입/배출 판(172)을 갖고 있다. 반입/배출 판(172)은 교환 챔버(171) 내에 제공된 승강 기구(예컨대, 피스톤 실린더 기구)(173)에 의해 상하로 이동한다.
이러한 구조에서, 글래스 재료가 성형 챔버(3) 속으로 반입될 때 또는 성형품이 성형 챔버(3)로부터 배출될 때, 피스톤 로드(18A)는 글래스 재료가 이송중인 반입/배출 판(172) 상에 위치한 상태에서 실린더 기구(18)의 제어 하에 상방으로 이동하고, 교환 챔버(171)는 개구부(171A)를 상방으로 이동하여 게이트 밸브(11)와 기밀 접촉한다.
이 상태에서, 교환 챔버(171) 내의 분위기는 소정의 분위기로 교환되고, 게이트 밸브(11)는 개방되어 교환 챔버(171)와 성형 챔버(3)를 연통시키고, 이어서, 승강 기구(173)가 반입/배출 판(172)을 성형 챔버(3) 속으로 도입하여, 글래스 재료를 교환 기구(4)로 이송하고, 교환 기구(4)로부터 성형품을 수납한다. 그 후, 승강 기구(173)는 하방으로 이동하여 반입/배출 판(172)을 교환 챔버(171)로 복귀시키고, 게이트 밸브를 폐쇄시키고, 그 다음에, 반입/배출판으로부터 성형품을 픽업하고 새로운 글래스 재료를 반입/배출 판(172) 상에 위치시키기 위해 교환 챔버(171)가 실린더 기구의 작동에 의해 하방으로 이동한다.
이러한 장치에서, 새로운 글래스 재료의 위치 설정 및 성형품의 픽업은 로봇(19)을 사용하여 수행된다(제2도). 로봇(19)은, 흡착 기구 등을 사용하여, 글래스 재료를 스톡 트레이(20)로부터 반입/배출 판(172) 상으로 위치시키고 성형품을 반입/배출 판(172)으로부터 소정의 위치로 이동시킨다. 즉, 로봇(19)은 X축 아암(191) 및 Y축 아암(192)을 갖고 있고, Y축 아암(192)에 제공된 흡착 밴드(193)에 제공된 흡착 밴드(193)를 X축 아암(191) 및 Y축 아암(192)의 작동에 의해 X축 및 Y축방향으로 이동시킨다. 스톡 트레이(20)에서, 전기 모터(20B)가 프레임(20A) 상에 제공되고, 팔레트(20C)는 전기 모터(20B)의 회전축에 고정된다. 팔레트(20C)는 전기 모터(20B)의 구동력에 의해 회전되고, 그 결과, 성형품의 수납 및 새로운 글래스 재료의 위치 설정이 로봇(19)에 의해 수행된다. 이 장치의 경우, 냉각 플랫포옴(21)이 별도로 제공됨을 주목해야 한다. 흡착 밴드(193)에 의해 반입/배출 판(172)으로부터 취해진 성형품은 성형품의 온도가 소정의 값으로 하강할 때까지 냉각 플랫포옴(21) 상에 일시적으로 위치되고, 그렇지 않으면, 성형품은 강제 냉각된다.
프레스 성형 장치는 주형(1)의 상부 및 하부 주형들과 글래스 재료를 고정밀도로 정렬하기 위한 정렬 장치를 갖고 있음을 주목해야 한다. 정렬 장치는 후에 상세히 기술한다.
[주형 장치]
이제, 프레스 성형 장치에 사용되는 주형 장치를 기술한다. 제3도는 프레스 성형 장치에 사용되는 주형 장치의 주요부를 도시하는 횡단면도이다. 제4도는 제3도에 참조 부호 A1내지 A2사이의 주요부를 도시하는 횡단면도이다. 제5도는 제4도의 주요부를 도시하는 횡단면도이다. 제6도 내지 제8도는 중심 조정 부재를 도시하는 횡단면도이다.
제3도 내지 제5도에 도시된 바와 같이, 주형 장치에는, 팔레트(5)가 안내 레일(6B) 상에 고정되어 보유되고, 주형 본체(100)와 나사 결합된 하부 판(100D)이 팔레트(5) 상에 위치된다. 주형 본체(100)는 직육면체 형태를 갖고, 주형 본체(100)를 수직으로 관통하는 개구부(100A)를 갖는다. 개구부(100A) 위쪽의 상부 천장부(100B1)는 네 개의 상부 주형(102)들이 삽입되는 네 개의 관통 구멍들을 개구부(100A)에 갖는다.
주형(1)은 주형 본체(100)의 중심부 주위에 배치된 네 개의 하부 주형(101)들 및 네 개의 상부 주형(102)들이 주형 본체(100)에 조립되어 있는 4 주형 구조를 갖는다. 상술한 흡착 패드(403)에 의해 글래스 재료를 반입하고 성형품을 배출하기 위해, 흡착 패드(403)를 위한 출입구로서 개구부(100A)가 주형 본체(100)의 측면부에 제공된다. 주형 본체(100)는 성형 챔버(3) 내의 팔레트(5) 상에 고정된다.
직육면체 주형 본체(100)에서, 주형 본체 하부(100B2)는 네 개의 상부 주형(102)들에 대응하는 하부 주형(101)들이 삽입되는 네 개의 구멍들을 갖는다.
주형 본체 하부(100B2)는 압상편(207)이 제공되는 노치(100E)를 갖는다. 압상편(207)의 상면은 네 개의 돌출부(207a)들을 갖는다. 돌출부(207a) 상에는 스페이서(100F)들이 제공되고, 또한, 스페이서(100F) 상에는 하부 주형(101)들이 놓여진다. 압상 부재(207)가 하부 프레스 로드(201)에 의해 압상되면, 돌출부(207a)들은 가압력이 하부 주형(101)들의 각각의 중심에 작용하여 하부 주형(101)들의 가압력을 편위시키는 것을 방지한다.
각각의 스페이서(100F)들은 하부 주형들의 치수 정밀도의 축방향으로의 변화를 조정한다.
본 발명 장치의 특징들 중 하나는 복수 세트의 상부 및 하부 주형들에 의해 복수의 성형품들을 동시에 예비 성형하는 것이고 ; 본 실시예의 경우, 본 장치는 네 세트의 상부 및 하부 주형들에 의해 네 개의 성형품들을 프레스 성형한다. 네 개의 상부 주형들은 총 2400Kg의 압력을 받는다. 양호하게는, 상부 주형들은 동일 압력을 받는다.
그러나, 각각의 상부 및 하부 주형들의 성형을 위한 이동 행정들은 상부 주형들, 하부 주형들 및 주형 본체의 최종 치수 정밀도의 변화로 인해 다소 변위된다. 그러한 이동 행정의 조정을 위해, 스페이서(100F)들이 제공된다.
하부 프레스 로드(201), 하부 판(100D), 압상편(207) 및 스페이서(100F)들은 각각 냉각 매체를 하부 주형들에 공급하기 위한 통로를 갖는다. 상부 주형(102)들은 대경부(102A)와, 대경부(102A) 위쪽의 플랜지(102B)를 갖는다.
상부 주형(102)들을 동시에 들어올리기 위해, 인상 부재(105)는 원판 부재(105A), 실린더(105B), 플랜지(105C), 및 네 개의 상부 주형이 삽입되는, 원판 부재(105A) 상의 네 개의 구멍을 갖고 있다.
[중심 조정 부재]
제4도에 도시된 것처럼, 중심 조정 부재(106)는 인상 부재(105)의 원판 부재(105a)와 상부 주형들의 플랜지(102B) 사이에 제공된다.
제6도 및 제7도에서, 링 형상을 갖는 중심 조정 부재(106)는 링의 상면 상의 한 쌍의 돌출부(106A)들과 링의 후면 상의 한 쌍의 돌출부(106B)들을 갖고 있다. 서로 대향한 돌출부(106A)들은 역시 서로 대향한 돌출부(106B)들이 배열된 선에 직교하는 선상에 배열된다. 제4도에서, 중심 조정 부재(106)는 인상 부재(105)의 원판 부재(105A)의 상면 상에 제공된다. (제4도에 도시되지 않은) 돌출부(106B)들은 인상 부재(105)의 상면과 접촉해 있다(제8도 참조).
인상 부재(105)를 (제4도의) 상방으로 인상하기 위한 후크 부재(212)는 지지부(212A), 하단 후크부(212B) 및 상단 후크부(212C)를 갖고 있다. 하단 후크(212B)는 인상 부재(105)의 플랜지(105C)와 결합되고, 상단 후크부(212C)는 홀더 블록(203)과 결합된다.
상술한 것처럼, 본 장치의 특징들 중의 하나는 복수 세트의 상부 및 하부 주형들에 의해 복수의 성형품들을 동시에 프레스 성형하는 것이고 ; 본 실시예의 경우, 본 장치는 네 세트의 상부 및 하부 주형들에 의해 네 개의 글래스 재료들을 프레스 성형한 다음, 상부 및 하부 주형들 사이에서 네 개의 성형품들을 꺼내기 위해 상부 주형들을 인상하고, 하부 주형에 남아있는 성형품들을 주형 본체(100)의 개구부(100A)로부터 꺼낸다.
이 경우, 상부 주형들을 인상하는 두 가지 방법 ; 즉, 각각의 주형에 의해 인상 작업을 수행하는 것과 모든 주형을 동시에 인상하는 것이 있다(두개의 주형에 의해 인상 작업을 수행하는 것도 가능하다).
본 장치는 단위 시간당 생산성을 증가시키기 위해 제 개의 주형들을 동시에 인상하고, 중심 조정 부재(106)에 의해 상부 주형들의 중심을 조정한다. 즉, 후크 부재(212)가 상방으로 인상될 때, 하단 후크(212B)가 인상 부재(105)의 플랜지(105C)에 접촉한 다음, 인상 부재(105)가 상승된다.
제6도 및 제8도에 도시된 바와 같이, 인상 부재(105)가 상방으로 이동되면, 인상 부재(105)와 중심 조정 부재(106)는 축Z-Z에 수직인 선X-X를 따라 중심 조정 부재(106)의 후면 상의 돌출부(106B)들의 지점들에서 접촉되고, 중심 조정 부재(106)와 상부 주형들의 플랜지(102B)는 중심 조정 부재(106)의 상면 상의 돌출부(106A)의 지점들에서 접촉된다. 이러한 방식으로, 상부 주형(102)들은 인상되고, 축Z-Z에 모두 수직인 직교하는 선X-X 및 Y-Y 사이의 관계가 유지된다. 이는 인상 작동 시에 축Z-Z의 기울어짐을 방지하고, 활주 시에 주형들에서의 침식(gnawing)을 방지한다.
제4도에서, 상부 주형들이 후크 부재(212B)에 의해 인상되고, 성형품들이 꺼내지고, 다음 프레스 성형을 위해 새로운 글래스 블랭크들이 하부 주형들 상에 위치될 때, 후크 부재(212)는 하방으로 이동하고, 상부 주형들은 인상 부재(105) 및 중심 조정 부재(106)를 경유하여 주형 본체의 관통 구멍들 내에서 하방으로 활주한다. 이 경우, 중심 조정 부재(106)의 상술한 작동은 네 개의 상부 주형들이 주형 본체를 침식시킴이 없이 활주되어야 한다는 목적을 해결한다.
상부 주형들이 상부 위치들에 보유된 상태에서, 상부 주형들은 축Z-Z에 수직인 직교하는 선X-X 및 Y-Y를 유지한다. 이 상태에서 후크 부재(212)가 하방으로 이동하면, 상부 주형(102)들, 중심 조정 부재(106) 및 인상 부재(105)는 자신의 중량에 의해 하방으로 이동하여, 직교하는 선X-X 및 Y-Y의 상술한 수직 상태를 유지하여, 주형들의 침식을 방지한다.
[상부 프레스 기구]
제3도 및 제4도에서, 프레스 판 부재(104)는 상부 프레스 로드(202)들로부터 상부 주형(102)들로부터 상부 주형(102)들의 축방향으로 압력을 집중시키기 위해 플랜지(102B)의 상면 상에 제공된다.
프레스 판 부재(104)는 로드(202)들과 접촉하는 지점들에서 로드(202)들의 압력을 받는다. 홀더 블록(203)은 축(203A), 하부 플랜지(203B) 및 상부 플랜지(203C)를 갖는다. 참조 부호 203D는 홀더 블록(203)의 하부 부분 내에 결합된 실린더 부재를 나타낸다. 상술한 것처럼, 상부 프레스 로드(202)들의 하부 단부들은 프레스 판 부재(104)와 접촉해 있고, 상부 단부들의 일부(202A)는 홀더 블록(203)의 관통 구멍(203a)과 결합되어 있다. 냉각 파이프(220)들은 홀더 블록(203)의 관통 구멍(203a) 속으로 삽입되고, 냉각 파이프(220)들의 상부 단부들은 냉각 매체 분배판의 냉각 매체 공급구들에 연결되고, 냉각 파이프(220)들의 하부 단부들은 상부 프레스 로드(202)들의 관통 구멍들 속으로 삽입된다.
링 형상의 횡단면을 갖는 간극(203e)들이 홀더 블록(203) 및 냉각 파이프(2200의 관통 구멍(203a)들 사이에 형성되고, 프레스 조정 기구가 간극(203)들의 각각에 조립된다.
상부 프레스 로드(202)들은 홀더 블록(203)의 하단부에 제공된 실린더 부재(203D)에 의해 안내되어 상하 이동할 수 있고, (후술하는) 원뿔형 스프링(2080에 의해 탄성적으로 보유되어, 홀더 블록(203)에 관해 소정 위치까지 상대적으로 하향 이동할 수 있다. 이 장치에서, 원뿔형 스프링(208)들은 후술하는 바와 같이 복수의 중첩된 원뿔형 스프링들을 구비하지만 다른 구조도 원뿔형 스프링(208)들에 적용될 수 있다.
공통 로드(피스톤 로드)(209)는 홀더 블록(203)의 상단부에 연결된다. 공통 로드(209)는 성형 챔버(3)의 천장부를 통해 성형 챔버(3)의 외측으로 연장하고, 성형 챔버(3) 상에 제공된, 가압을 위해 사용되는, 실린더 기구(공기 실린더)(210)로부터 연장한다.
[프레스 조정 기구]
프레스 조정 기구는 간극(203e)에 삽입된 복수의 원뿔형 스프링(208)들과, 상부 프레스 로드(202) 등을 구비한다. 본 발명의 목적들 중의 하나는 복수 세트의 상부 및 하부 주형들에 의해 복수의 성형품들을 동시에 얻을 수 있는 프레스 성형 장치를 제공하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 네 세트의 주형들에 동일한 힘을 가할 필요가 있다.
제3도에 도시한 주형 장치에서, 상부 프레스 실린더로부터의 압력은 실린더 로드(209)를 개재하여 냉각 매체 분배판(222)에 의해 수납되고, 냉각 매체 분배판(222)의 가압력은 상부 프레스 로드(202)를 개재하여 네 개의 상부 주형(102)들 상에 작용한다. 양호하게는, 분배판(222)의 가압력(예컨대, 총 2,400Kg)이 각각의 상부 주형(102)들에 600Kg씩 고르게 분배된다. 상수 주형들에 대한 가압력의 분포의 변동은 네 개의 성형품들의 품질의 열화(예를 들면, 고르지 않은 가압력으로 인한 렌즈들의 두께의 변동)를 야기시킨다.
또한, 각 세트의 상부 및 하부 주형들과 상부 프레스 로드들의 치수의 변동은 분배판(222)의 가압력에 의한 각 주형들의 이동 행정들 간의 차이를 야기시키고, 이는 상부 주형들의 이동량들을 변화시킨다.
한편, 글래스 재료를 가열 및 가압함으로써 고정밀 광학 소자들을 성형하기 위해, 주형들 내에 고압(400Kg 내지 600Kg)을 발생시키고, 그 압력을 실린더 로드로부터 프레스 로드들을 경유하여 상부 주형들에 전달할 필요가 있다. 또한, 소정 온도(예컨대, 400℃ 내지 700℃)에서 주형들 내에서 글래스 재료를 가열하고, 글래스 재료를 프레스 성형하고, 성형품들을 배출하는 공정을 반복하는 장치에서, 성형품들, 주형 부재들, 주형 본체 등을 가열 및 냉각하는 것을 반복하기 위해 가열-냉각-가열 공정의 사이클이 감소되어야 한다.
또한, 본 장치에서, 동일 성형품들, 예컨대 동일 두께를 갖는 렌즈들을 얻기 위해서는, 상부 프레스 로드(202)들에 의해 상부 주형(102)들을 가압하여, 상부 주형들의 대경부(102A)의 하단부를 스페이서(102C)를 개재하여 주형 본체(100)의 상부 단부면(100a)에 가압하여, 상부 주형들의 이동 위치들을 한정함으로써, 성형품의 두께가 결정된다.
동일 두께의 네 개의 성형품들을 얻기 위한 필수 조건은 네 개의 상부 주형(102)들 모두 스페이서(102C)를 개재하여 주형 본체(100)의 상부 단부면(100a)들에 접촉하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 상부 주형들은 가압력을 독립적으로 받아야 하고, 상부 주형들은 주형 본체(100)의 상부 단부면(100a)에 접촉하고, 또한, 충분한 가압력이 상부 주형들에 작용해야 한다.
본 장치에서, 프레스 조정 기구는 분배판(222)의 가압력을 받기 위한 스프링 부재, 즉, 제9도 및 제10도에 도시된 바와 같은 원뿔형 스프링들을 간극(203e)들의 각각에 삽입함으로써 개발된다. 즉, 각각 개방 중앙부를 갖고 있는 원뿔형 스프링(208)들이 스프링 세트(208A) 속으로 동일 방향으로 중첩되고, 복수의 스프링 세트(208A)들이 스프링 기구(208B)로서 서로 반대 방향으로 중첩되어 있다. 스프링 기구(208B)는 간극(203e)들의 각각 속으로 삽입된다.
간극(203e)들 속으로 삽입된 스프링 기구(208B)들은 분배판(22)으로부터 가압력을 받을 때 수축되고, 그 다음에, 가압력은 스프링 기구(208B)들을 개재하여 상부 프레스 로드(202)들로 전달되고, 상부 프레스 로드(202)들은 상부 주형(102)들을 가압한다. 상부 주형(102)들은 대경 부재(102A)들이 스페이서(102C)들을 개재하여 주형 본체(100)의 상부 단부면(100a)에 접촉할 때까지 주형 본체(100)의 관통구멍들 속에서 활주한다. 네 세트의 주형들에서, 상부 주형들 중 세 개의 대경 부재(102A)들이 주형 본체(100)의 상부 단부면(100a)에 접촉하면, 다른 대경 부재(102A)가 상부 단부면(100a)에 접촉하지 않는 경우에도, 상부 단부면(100a)과 접촉하지 않은 상부 주형은, 그것을 스프링 기구(208B)와 프레스 로드(202)를 개재하여 분배판(222)으로부터 가압함으로써, 상부 단부면(100a)에 대해 가압될 수 있다. 이는 네 개의 상부 주형들 모두 항상 일정한 위치들로 하향 이동될 수 있어서, 성형품들의 두께를 일정하게 유지한다.
이제, 스프링 기구의 상세를 예를 들어 설명한다.
본 명세서에서, 원뿔형 스프링(208)은 외경 ø18mm, 내경 ø9.2mm, 두께 1mm, 자유 높이 1.5mm를 갖는다. 하나의 스프링 세트(208A)는 동일 방향으로 중첩된 여섯 개의 원뿔형 스프링(208)들로 이루어져, 스프링 세트(208A)는 850kgf의 압력을 견딜 수 있다(즉, 스프링 상수 k = 2720kgf). 스프링 세트(208A)는 서로 대향되게 중첩되어, 136kgf/mm의 스프링 상수를 갖는 네 개의 스프링 기구(208B)를 형성한다. 전체 길이의 변동을 조정된다. 또한, 스페이서(208C)들의 두께는 백래쉬(backlash)를 방지하기 위해 50kgf의 여압(extra pressure)을 받도록 조정된다. 그 다음에, 스프링 기구(208B)들은 각각의 프레스 로드(202)들의 축들 사이에 20MM의 피치를 갖는 홀더 블록(203) 속으로 조립된다. 이 상태에서, 실린더 로드의 추력(상부 주형(102)들에 가해진 총 압력)이 3200kgf로 설정될 때 그리고 프레스 로드(202)들의 압력이 측정될 때, 변동은 15kgf까지인 것으로 밝혀졌다. 그 후, 비디오 카메라용 렌즈들은, 프레스 성형 조건들 중의 하나로서 600±40kgf의 가압력으로, 0.2mm 이내의 프레스 판까지의 높이의 변동을 갖도록 조정된 네 개의 주형 세트들을 사용하여, 성형품들이 직경 ø10mm, 중앙 두께 3.5mm 및 렌즈면의 곡률 15 내지 20을 갖도록 형성된다. 그 결과, 네 개의 주형들은 프레스를 사실상 동시에 완료하고, 얻어진 성형품들은 각각의 주형세트들 내에 성형된 공동 공간들과 완전히 대응하고, 예상한 두께 정밀도 및 광학면 경사도를 충분히 만족시키는 허용 가능한 값들을 갖는다.
스프링 기구(208B)들의 상부에는, 각각의 주형들의 치수 차이를 보정하기 위한 조정 부재들로서의 스페이서(208C)들이 제10도에 도시된 바와 같이 제공됨을 주목해야 한다.
하부 및 상부 주형(101, 102)들의 냉각 제어를 위해 냉각 파이프(101, 102)들이 도입됨을 주목해야 한다. 또한, 냉각 매체를 도입하기 위한 도입 통로(215, 216)들이 로드(201, 202)에 형성되어, 상부 및 하부 주형(101, 102)들 내에 형성된 냉각 매체 도입 부재(101C, 102D)들에 연결된다.
[프레스 성형 공정]
이제, 프레스 성형 장치에 의한 프레스 성형 공정에 대해 설명한다. 제11a도 내지 제 11d도는 프레스 성형 공정을 설명하는 횡단면도이다.
제11a도 내지 제11d도에서, 글래스 재료가 제1도의 프레스 작동 기구(2)를 사용하여 프레스 성형될 때, 우선 제11a도에 도시된 상태로부터 홀더 블록(203)이 상승된 다음, 상부 주형(102)이 실린더 기구(210)의 작동에 의해 후크 부재(212)를 개재하여 주형 개방 상태로 인상된다. 그 다음에, 글래스 재료(G)가 흡착 밴드(402)에 의해 주형 속으로 도입되고, 홀더 블록(203)이 하방으로 이동된다. 이때, 상부 주형(102)은 제11b도에 도시된 것처럼 글래스 재료 상으로 이동한다. 그 후, 실린더 기구(210)는 홀더 블록(203)을 더 하향 이동시키도록 구동된 다음, 상부 프레스 로드(202)는 접촉편으로서 프레스 판 부재(104)를 개재하여 상부 주형(102)의 중심에 압력을 가한다(그 후, 제1도에 도시된 바와 같이, 냉각 시에, 실린더 기구(205)는 프레스 로드(201)를 하부 위치로부터 밀어 올려, 하부 주형(101)을 압상편(207)을 개재하여 상방으로 가압한다). 프레스 성형 후에, 실린더 기구(210)는 홀더 블록(203)을 상승시키도록 구동되고, 상부 주형(102)은 인상되고, 주형(1)은 개방된다. 따라서, 주형 본체(100)에 관해 상부 주형(102)의 활주부에 상부 주형(102)의 활주를 위해 필요한 클리어런스(clearance)가 있을지라도, 상부 주형(102)은 그 수직 자세를 유지하면서 상부 주형(102)이 하향 이동한다. 그 결과, 하부 및 상부 주형(101, 102)들의 각각의 성형면들의 위치들은 이동되지 않고, 각각의 성형된 광학 소자의 광학 기능면을 그 광축에 대해 유지하면서 프레스 성형이 수행될 수 있다.
특히, 네 개의 상부 주형(102)들이 공통 실린더 기구(210)를 사용하여 동시에 구동되어야 하기 때문에, 상부 주형(102)들과 상부 프레스 로드(202)들의 치수 차이들이 흡수되어야 한다. 그러나, 상부 프레스 로드(202)들은 탄성을 갖는 스프링 기구(208)에 의해 가압되기 때문에, 상부 주형(102)들의 대경 부재(102A)들이 주형 본체(100)의 상부 단부면(100a)에 접촉한 후에 홀더 블록(203)이 계속 하향 이동되는 경우에, 이동은 제11c도에 도시된 바와 같이 그 위치에서 정지될 수 있다.
프레스 성형 후에, 주형(1)을 개방하기 위해, 실린더 블록(210)은 홀더 블록(203)을 상승시키도록 구동되고, 후크 부재(212)는 제11d도에 도시된 바와 같이 인상 부재(105)를 인상한다. 이 때, 상부 주형(102)의 축이 중심 조정 부재(106)의 작동에 의해 자동적으로 조정되므로, 상부 주형(102)은 인상력을 그 중심부에 받게 되고, 필요한 클리어런스 범위 내에서 기울어지지 않는다. 홀더 블록(203), 인상 부재(105) 및 플랜지(102B)가 주형 본체(100)에 관해 충분한 정밀도로 성형되지 않을지라도, 상부 주형(102)은 침식없이 수직으로 상승될 수 있다.
[주형 교환]
제1도에 도시한 주형 교환 챔버(12)는 주형 교환 기구(7)를 갖는다. 주형 교환 기구(7)는 주형(1)이 고정된 팔레트(5)를 안내 레일(6A)을 따라 게이트 밸브(13)를 통해 성형 챔버(3) 내의 안내 레일(6B)로 이송하기 위한 교환기구(701)를 구비한다.
교환 기구(701)는 주형 교환 챔버(12) 속으로 연장하는 로드(702)를 갖는다. 로드(702)의 선단부에는 핸드(703)가 부착되고, 로드(702)의 기단부에는 작동기(705)가 드러스트 베어링(704)을 개재하여 부착된다. 로드(702)는 L자형 크랭크(707)를 개재하여 작동기(705)에 제공된 모터(706)에 의해 회전된다. 작동기(705)를 구동 시에, 작동기(705)를 로드(702)에 평행한 안내 레일(708)을 따라 작동기(705)를 이동시킴으로써, 로드(702)가 길이 방향으로 이동될 수 있다.
주형 교환 기구(7)의 교환 기구(701)에서, 로드(702)는 모터(706)에 의해 회전되고, 로드(702)의 작동은 팔레트(5)에 대한 핸드(703)의 착탈을 야기시킨다. 교환 기구(701)의 제어 하에서, 팔레트(5)는 게이트 밸브(13)를 게이트 밸브(13)를 개재하여 성형 챔버(3) 내의 안내 레일(6B)로 이송되어, 프레스 작동 기구(2)의 프레스 성형 위치에 설정되고, 그렇지 않으면, 프레스 성형 위치로부터 교환 챔버(2)로 이송된다.
제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 주형 교환 기구(7)는 팔레트(5)를 이동시키기 위한 팔레트 교환 기구(711)를 갖고 잇다. 팔레트 교환 기구(711)는 주형 교환 챔버(12)의 일 측면에 안내 레일(6A)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 왕복 운동하는 피스톤 로드(712A)를 갖고 있는 실린더 기구(712)와, 피스톤 로드(712A)의 선단부에 스테이지(713A, 713B)들을 갖고 있는 트레이(713)를 구비한다. 상술한 안내 레일(6A)은 스테이지(713A, 713B)들의 각각에 부착된다. 주형 교환 챔버(12)는, 게이트(12A)가 제공되는, 주형을 출입시키기 위한 개구부를 다른 측면에 갖고 있음을 주목해야 한다.
이러한 팔레트 교환 기구(711)에서, 게이트(12A)가 우선 개방된 다음에, 실린더 기구(712)가 작동되어 트레이(713)를 주형 교환 챔버(12)의 개구부로부터 외측으로 이동시키고, 예컨대, 새로운 주형(1)을 보유한 팔레트(5)가 스테이지(713A)의 안내 레일(6A) 상에 위치된다. 다음에, 실린더 기구(712)가 반전되어 제2도에 도시된 것처럼 트레이(713)를 실린더 기구(712)를 향해 잡아당긴 다음, 게이트(12A)가 폐쇄되고, 주형 교환 챔버(12)내의 분위기가 새로운 분위기로 교환된다. 이 상태에서, 스테이지(713B)의 안내 레일(6A)은 주형 교환 챔버(12)의 중심(팔레트 교환 위치)에서 위치된다.
따라서, 교환 기구(701)의 동작은 사용된 주형(1)을 유지하는 팔레트(5)를 가진 사용된 주형(1)을 성형 챔버(3)로부터 빈 스테이지(713B)로 이동시킨다. 그 후, 실린더 기구(712)는 주형 교환 챔버(12)의 중앙에 스테이지(713A)를 위치시키도록 작동되고, 또, 교환 기구(701)는 안내 레일(6A)로부터 팔레트(5)를 가진 새로운 주형(1)을 성형 챔버(3) 내의 안내 레일(6B)로 이동시켜서 주형(1)을 팔레트(5)상에 세트하여 압력 작동 기구(2)의 프레스 성형 위치로 이동시키도록 작동된다. 새로운 주형(1)이 성형 챔버(3)에 세트된 후에, 게이트(12A)는 개방되고 사용된 주형(1)은 팔레트(5)로부터 제거된다.
교환 기구(701) 및 팔레트 교환 기구(711)는 작동기를 사용하지 않고 수동으로 작동될 수 있다. 또, 게이트 밸브(13)와 주형 교환 챔버(12)는 제거 가능하게 연결되어 주형 교환 챔버(12)가 복수개의 성형 기구에 의해 공통으로 사용될 수 있다. 이 경우에, 게이트(12A)는 불가분한 것은 아니므로, 주형은 게이트 밸브(13) 및 주형 교환 챔버(12) 사이의 결합부의 개구부로 또는 그로부터 멀리 운반될 수 있다.
[팔레트 온도 제어]
주형(1)은 점차 팔레트(5) 상에 배치된다. 팔레트(5)를 압력 작동 기구(2)의 프레스 성형 위치로 운반함으로써, 주형(1)과 압력 작동 기구(2) 사이의 결합을 할 수 있다. 이는 필요에 따라서 짧은 기간 동안 간단한 교환 동작을 제공함으로써 생산성의 저하를 고의적으로 회피할 수 있기 때문이다. 특히, 교환 동작을 비작동 가스 대기 중에서 수행되는 경우에, 주형 교환 챔버로부터 성형 챔버로 또는 그 역으로의 이동이 번거로우면, 팔레트 상에 주형을 위치시키고 프레스 성형 위치로 팔레트를 이동시키는 구조로 하면 상당히 유리하다.
그러나, 주형을 팔레트 상에 배치하고 팔레트가 프레스 성형 위치에 정렬되는 경우에, 가압 동작 기구와 주형 사이의 결합이 어려워진다. 일반적으로, 팔레트의 정렬부 내에 팔레트를 수용하는 데는 핀 가이드와 같은 위치 설정 부재가 사용된다. 팔레트에는 주위 온도로 인한 열팽창이 발생하게 되며, 주형의 중심과 가압동작 기구의 가압 동작의 중심을 서로 이동된다. 이렇게 하면, 가압 동작 기구와 주형의 결합이 난해해진다.
제12도에 도시한 바와 같이, 팔레트(5)의 단부를 수용하는 위치 설정 부재(61) 및 팔레트(5)의 한 쪽을 수용하는 유사한 위치 설정 부재(62)는 프레스 성형 위치에 제공된다. 팔레트(5)의 측면을 위치 설정 부재(62)에 맞대기 위해, 가압 작동기(63, 64)는 위치 설정 부재(62)에 대향하는 위치에 제공된다.
주변 온도 영향으로 인한 팔레트(5)의 열 팽창을 피하기 위해, 항온 및 단열 기구(60)가 제공된다. 이 예에서, 항온 및 단열 기구(60)는 제12도 및 제13도에 도시한 바와 같이, 팔레트(5)측에 단열 부재(601)와, 가압 성형 위치의 팔레트(5) 하방에 배치된 냉각 기구(602)를 갖는다.
단열 기구(601)는, 상면에는 복수개의 핀(601A)을, 후면에는 핀(601B)을 구비하고 팔레트(5)의 상면에 형성된 편평 트레이 스테이지(51)에 결합된 세라믹 판부재를 포함한다. 주형(1)이 안내 핀(52)으로 위치 결정되는 팔레트(5)는 단열 부재(601) 상에 배치된다.
냉각 기구(602)는 냉각수를 사용하는 순환 냉각 시스템을 채택하고 있다. 제13도는 팔레트의 저부와 접촉하는 냉각부만을 도시하였다.
안내 레일(6B)을 거쳐서 프레스성형 위치에 도입된 팔레트(5)는 안내 레일(6B)이 말단부에서 위치 설정 부재(61)와 접촉하고 측방에서는 압력 작동기(63, 64)의 작동에 의해 위치 설정 부재(62)에 접촉한다. 간접적인 방법이기는 하지만, 상부 및 하부 주형(101, 102)의 중심과 팔레트(5) 상의 주형(1) 사이의 결합이 가능하다. 이 경우에, 단열 부재(601)는 주형(1)측으로부터 팔레트(5)로의 열을 절연하고, 냉각 기구(602)는 팔레트(5)의 온도를 일정치로 유지한다. 이런 방법으로, 항온 및 단열 기구(60)는 팔레트(5)에 대해 주형(1)의 상대적 위치를 보호하여 팔레트(5)의 위치는 정상적 프레스 성형 위치로부터 변경되지 않는다.
팔레트(5)는 주형(1)측 상에서 가열하기 위한 동력을 위한 커넥터(53)와 열전대 같은 열 센서(도시 않음)용 커넥터(54)를 갖고 있다. 한편, 커넥터(53, 54)에 대응하는 전원측 커넥터(53A) 및 센서측 커넥터(54A)는 성형 챔버(3) 내의 소정 위치에 제공된다.
제14도의 커넥터(50)는 커넥터 핀(532)에 전기적으로 연결된 단자 블록(533)과 그에 유사한 단열 재료로 된 공통 연결 블록(534)을 거쳐 테프론(상표명) 등의 단열 재료로 된 지지 블록(531)을 통해 커넥터 핀(532)을 삽입하고 커넥터 핀(532)을 지지 블록(531)에 부착하여 구성된다. 단자 블록(535)은 커넥터 핀(535)이 주형(1)측으로부터 제거 가능하게 삽입되는 연결 보유체(533A)를 갖고 있다. 마찬가지로, 커넥터(53A)는 암형 커넥터(532A)에 전기적으로 연결된 단자 블록(533A)과 단열 재료로 된 공통 연결 블록(534A)을 거쳐서 역시 단열 재료로 된 지지 블록(531A)을 통해 암형 커넥터(532A)를 삽입하고 암형 커넥터(532A)를 지지 블록(531A)에 부착함으로써 구성된다. 팔레트(5)를 안내 레일(63)을 따라서 프레스 성형 위치에 도입시키고 위치 설정 부재(61)에 접촉시킬 때, 암형 커넥터(532A)는 커넥터 핀(532)과 연결된다.
이들 커넥터를 주형(1)측으로부터의 열의 영향으로부터 보호하기 위해, 팔레트(5)는 커넥터 핀(535)이 삽입되는 삽입 구멍(551)을 가진 L형 판 부재를 가진 반사기(552)응 갖고 있다.
[광학 소자 성형 공정]
다음에, 본 실시예의 프레스 성형 장치를 사용하여 광학 소자를 성형하는 공정에 대해 반입, 성형 및 배출의 순서로 설명하기로 한다. 여기서 생산된 광학 소자는 카메라나 비디오 카메라 등에 사용되는 비구면 렌즈이다. 제16a도 내지 제16c도는 프레스 성형 장치에 의해 광학 소자를 프레스 성형하는 공정을 도시하는 플로우차트이다.
완성 형태에 이르기까지 성형된 글래스 블랭크인 글래스 재료(G)는 스톡 트레이(20)의 팔레트(20C) 상에 배치된다. 팔레트(20C) 상에 배치된다. 팔레트(20C)의 회전축이 전기 모터(20B)의 구동에 의해 180° 회전되면, 로봇(19)이 동작하여 글래스 재료(G)의 위치로 흡착 핸드(193)를 이동시켜 팔레트(C)로부터 하나의 글래스 재료(G)를 흡착 유지한다. 다음에, 로봇(19)은 흡착 핸드(193)를 작동시켜 반입/배출 판(172) 상에 글래스 재료(G)를 배치한다. 이 동작은 네 번 반복하여 네 개의 글래스 재료(G)를 반입/배출 판(172) 상에 배치한다. 반입/배출 판(172) 상의 글래스 재료(G)는 적정 온도로 점차 가열된다. 상술한 바와 같이, 이들 글래스 재료는 반입/배출 기구(17)의 동작에 의해 성형 챔버(3) 내로 공급되어 예를 들어 400℃로 가열되고 주형(1) 내로 도입된 흡착 패드(403)에 의해 흡착 유지된다. 주형(1) 내에서, 하부 및 상부 주형(101, 102)은 약 1016프와즈 정도의 글래스 점성에 대응하도록 가열된다.
상술한 바와 같이, 전기 열 히터(도시 않음)를 이용하여 약 1010.5프와즈의 글래스 점도를 갖도록 (하부 주형(101)은 약 109.5프와즈에 대응하는 온도를 갖도록) 가열될 때, 실린더 기구(210)의 동작으로 상부 주형(102)은 하강하여 글래스 재료(G)와 접촉하기 전에 정지한다. 이 때, 프레스 성형은 상부 주형(102) 상의 예를 들어 400Kg의 힘으로 수행된다. 플랜지(102B)가 스페이서(102C)를 거쳐서 주형 본체(100)의 상단과 완전히 접촉한 후에, 냉각 재료는 하부 및 상부 주형(101, 102)의 냉각 매체 도입 부재(101C 및 102D)에 도입되고, 이 때 하부 주형(101)은 상향 가압되고 글래스 재료(G)의 점도는 1010.5내지 1013프와즈이다. 그 후, 냉각이 계속되고, 성형품의 온도가 1014.5프와즈의 글래스 점도에 대응하게 될 때, 전기 열 히터(도시 않음)와 냉각 매체 도입 부재(101C 및 102D)의 온도차를 일으키게 되고(이 때, 상부 주형(102)의 온도는 하부 주형(101)의 온도보다 낮다), 성형품의 온도를 약 1015프와즈의 글래스 점도에 대응하게 낮춘다. 이 때, 상부 주형(102)은 상승하여 주형(1)을 개방하고, 성형품은 흡착 패드(403)를 사용함으로써 주형(1)으로부터 하부 및 상부 주형(101, 102) 사이에서 포획된다.
그 후, 성형품은 성형 챔버(3)로부터 반입/배출 기구(17)에 의해 취출되어 교환 기구(4)의 역전 동작에 의해 반입/배출 판(172) 상에 복귀되고, 또 냉각판(21) 상에 임시 배치되고 적정 온도로 냉각되고 장치로부터 취출된다.
본 실시예에서, 네 개의 하부 및 상부 주형(101, 102)을 포함하는 주형(1)은 공통 주형 본체(100) 내에서 작동되지만, 제8도에 도시한 바와 같이 중심 조정 부재(106)의 구조는 하부 및 상부 주형(101, 102)의 각 커플에 적용될 수도 있다.
제16a도 및 제16c도는 본 실시예의 프레스 성형 장치를 사용한 광학 소자를 프레스 성형하는 공정을 도시하는 플로우차트이다.
제16a도에 있어서, 공정이 개시되면, 글래스 재료는 단계 S2에서 스톡 트레이(스톡 트레이(20)의 팔레트(20C))로부터 판(반입/배출 판(172) 상에 배치된다. 단계 S4에서, 플레이트는 노(성형 챔버(3))내로 도입된다. 단계 S6에서, 주형 내의 온도가 소정치 까지 증가된 후에(단계 S6에서 『예』), 공정은 글래스 재료가 판으로부터 주형으로 도입되는 단계 S8 까지 진행한다. 단계 S10에서, 글래스 재료를 가진 주형을 정렬시키기 위한 공정이 수행된다. 단계 S12에서, 주형의 온도와 글래스 재료의 온도가 각각 소정치로 증가된 후에)단계 S12에서 『예』), 공정은 단계 S14로 진행하여 프레스 성형 공정(상부 주형(102)의 하강 운동)이 수행된다. 단계 S16에서는 주형의 냉각이 개시되고 단계 S18에서는 주형이 프레스 성형 상태(하부 주형(101)의 하향 가압)가 유지된다. 그후, 냉각은 단계 S20에서 종료하고 상부 및 하부 주형이 개방된다. 단계 S24에서, 성형품은 주형으로터 판까지 운반된다. 단계 S26에서, 성형품이 배치되는 판(반입/배출 판(172))은 노로부터 운반도어 나와서 단계 S28에서 성형품이 판으로부터 냉각판(21)으로 운반된다. 단계 S30에서, 성형품은 냉각판(21)으로부터 스톡 트레이로 운반되고 그 후 일련의 프레스 성형 공정이 종료된다.
[정렬 과정]
다음에, 제16a도의 단계 S10에서의 정렬 공정에 대해 설명하기로 한다. 정렬의 세부 사항은 후술하기로 한다.
우선, 제16b도에서, 글래스 재료는 단계 S40에서 주형 상에 배치되고, 정렬 실린더(제18도에서 구동 실린더(814))는 단계 S42에서 작동된다. 글래스 재료는 단계 S44에서 주형과 정렬된다. 그 후, 공정은 단계 S46 또는 S48로 진행하고 정렬 힘을 상쇄하여 정렬 위치를 약간 이동시키고 정렬을 종료하거나 정렬 위치를 변경시키기 않고 정렬을 종료한다.
[프레스 성형과정]
다음에, 제16a도의 단계 S14에서의 프레스 성형에 대해 설명한다.
우선, 제16c도에서, 상부 주형(102)은 단계 S50에서 구동되고, 단계 S52에서 글래스 성형품과 접촉하게 될 때까지 하강 이동한다. 단계 S54에서, 정렬 부재의 접촉 부재는 미끄럼 위치로 이동되고, 정렬 힘을 해제된다. 그 후, 상부 주형은 단계 S56에서 소정 무게로 가압되어 프레스 성형을 수행한다.
[주형 및 글래스 재료의 정렬]
다음에, 주형과 글래스 재료를 정렬하는 방법과 정렬 방법에 따른 정렬 장치를 설명하기로 한다.
[제1 실시예]
제17도 내지 제19도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주형 장치 및 정렬 장치의 구조를 도시한 것이다. 제17도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 소자 성형 방법이 적용되는 주형 장치와 정렬 장치를 도시하는 평면도이다. 제17도에 있어서, 글래스 재료(G)는 하부 주형(101) 상에 배치되며, 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)는 아직 정렬을 수행하지 않고 있다. 제18도는 제17도의 A-A선에 따라 절단한 단면도이다. 제19도는 주형 장치와 정렬 장치의 평면도로서, 글래스 재료(G)는 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)에 의해 정렬된다.
제17도 및 제19도에서, 외부 블록으로서의 주형 본체(100)는 수직 방향으로 네 개의 관통 구멍이 형성되고 그 상면 측에는 원통형의 상부 주형(102)이 상기 네 개의 관통 구멍에 수직 방향으로 활주 가능하게 삽입된 직사각형의 대략 직방체형으로 되어 있다. 상부 주형(102)은 그 상단부에 원판형 플랜지를 갖고 있다. 플랜지의 후면은 상부 주형(102)이 더 이상 하강하지 못하게 하는 상부 위치로부터 주형(1)의 상면에 접촉하게 된다. 이리하여, 상부 주형(102)의 하방으로의 가압 행정이 한정된다. 상부 주형(102)은 글래스 재료(G)를 가압하고 각각 글래스 재료(G)의 표면 상에 소정 형상을 전사함으로써 광학 기능면을 형성하는 렌즈면 성형면을 각각 갖고 있다.
제1 실시예에서, 글래스 재료(G)는 코인형 또는 편형 드럼형이다.
글래스 재료(G)에 적용될 압력을 발생하는 상부 공기 실린더(제1도)는 상부 주형(102) 상에 제공되고, 공기 실린더 하방의 피스톤 로드는 피스톤 로드의 하단부가 상부 주형(102)의 상단면과 접촉하도록 수직 방향을 따라 배치된다. 상부 공기 실린더가 피스톤 로드를 하방으로 밀어 작동할 때 글래스 재료(G)에는 압력이 적용된다.
또, 상부 주형(102)은 각각 렌즈면 성형면 주위의 온도를 측정하기 위한 센서(도시 않음)와, 상부 주형을 냉각하기 위해 N2공급원(도시 않음)으로부터 N2(질소)가스를 통과시키는 N2파이프를 구비한 냉각 파이프(도시 않음)를 구비한다.
한편, 주형 본체(100)의 관통 구멍의 후면측 상에는 상부 주형(102)과 마찬가지로 원통형인 하부 주형(101)은 수직 방향을 따라서 활주 가능하게 삽입된다. 하부 주형(101)은 하단부에 원판형 플랜지를 갖고 있다. 플랜지의 후면은 주형 본체(100)의 하부 판의 상면과 접촉한다. 상부 주형(102)으로부터 글래스 재료(G)로부터 하부 주형(101)에 적용된 압력은 이 하부 판이 받게 된다. 하부 주형(101)은 글래스 재료(G)의 후면 상에 소정 형상을 형성하여 광학적 기능면을 형성하기 위한 렌즈면 성형면을 각각 갖고 있다.
따라서, 글래스 재료(G)는 상부 주형(102)의 표면 형상을 전사함으로써 형성된 상면으로서의 광학 기능면과 하부 주형(101)의 표면 형상을 전사함으로써 형성된 후면으로서의 광학 기능면을 갖고 있다. 성형품의 두께는 주형 본체(100)의 상면에 대해 상부 주형(102)의 플랜지 후면이 맞닿아서 형성되며, 그 두께는 모든 프레스 성형 시마다 유지된다.
성형 장치 하방에는 하부 공기 실린더(205)가 제공된다(제1도 참조). 하부 공기 실린더의 피스톤 로드는 프레스 성형 장치 본체 내의 프레스 성형 장치의 하부 판에 형성된 관통 구명을 통해 순서대로 하부 주형(101)의 후면과 접촉하게 된다. 하부 공기 실린더는 성형품에 합력을 제공하기 위해 하부 주형(101)을 상방으로 밀어서 성형품의 변형을 방지하기 위해 프레스 성형 공정 후의 냉각 공정에 사용된다.
또, 하부 주형(101)은 렌즈면 형성면 주위의 온도를 측정하는 센서(도시 않음)와, 하부 주형을 냉각시키기 위해 N2공급원(도시 않음)으로부터 N2(질소)가스를 통과시키기 위한 N2파이프(도시 않음)를 구비한 냉각 파이프(도시 않음)를 포함한다.
한편, 제18도에서 주형 본체(100)는 측면에 개구부(100A)를 갖는다. 글래스 재료(G)는 개구부(100A)를 통해 주형으로 공급되고, 그 후 이 성형품을 개구부(100A)를 통해 주형으로부터 취출한다.
주형 본체(100)는 네 구석에 주형 본체(100), 상부 주형(102) 및 하부 주형(101)을 가열하고 하부 및 상부 주형(101, 102)을 거쳐 글래스 재료(G)를 가열하기 위한 히터(도시 않음)를 포함한다.
히터들은 독립 온도 조절 기구(도시 않음)에 각각 연결된 상부 히터와 하부 히터로 분할된다. 본체 내의 센서(도시 않음)는 렌즈면 성형면 주위의 온도를 감지하고 히터를 제어한다.
주형 본체(100)에서, 글래스 재료(G)를 정렬시키는 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)는 하부 주형(101)의 렌즈면 성형면 주위에 제공된다. 본체(100) 상의 접촉 부재(805, 806)의 동작에 대한 안내부로서, 하부 주형(101)의 축방향에 비스듬한 방향으로 정렬 정밀도(하부 주형(101)과 홈 사이의 거리가 정해지는)를 고려하여 홈(811)이 형성된다. 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)는 홈(811) 내에서 미끄럼 이동한다. 접촉 부재(805, 806)는 글래스 재료(G)에 직접 접촉하는 부분들에 테이퍼부(805a, 806a)를 갖고 있다. 주형 본체(100) 주위에는 정렬 장치의 각 접촉 부재(805, 806)와 각 하부 주형(101)의 중심 사이에 일정 거리를 유지하고 접촉 부재(805, 806)의 상대적 위치를 유지하기 위한 기구로서 랙(807, 808) 및 피니언 (809)이 제공된다. 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)의 폐쇄 동작은 하부 주형(101)의 중심과 글래스 재료(G)의 중심을 조절한다. 또, 접촉 부재(805, 806)를 작동시키는 구동 실린더(814)는 랙(808)의 말단부 주위에서 프레스 성형 장치 본체에 제공된다. 구동 실린더(814)와 랙(808)은 각 접촉 부재(810, 813)를 거쳐 연결된다.
다음에, 프레스 성형이 개시되면, 제1도의 공기 실린더(210)의 피스톤 로드(209)는 후퇴되어 상부 주형(102)을 본체(100)로부터 하부 주형(101)으로부터 멀리 상향 미끄럼 이동시킨다. 또, 구동 실린더(814)는 후퇴되어 하부 주형(101)의 중심으로부터 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)를 개방한다. 이 상태에서, 글래스 재료(G)는 주형 본체(100)의 개구부(100A)를 통해 오토 핸드에 의해 하부 주형(101) 상에 배치된다. 이 때, 렌즈 성형 시에 렌즈 블랭크로서의 글래스 재료(G)는 태블릿형 또는 완성된 렌즈에 가까운 형상을 갖는다. 글래스 재료(G)는 어쨌든 둥근 형상으로 되어 있다. 주형 본체(100), 상부 주형(102) 및 하부 주형(101)은 소정 성형 조건에 대응하는 온도를 갖게 가열된다.
제17도 및 제18도에 있어서, 글래스 재료(G)는 오토 핸드 등으로부터 해제된다. 글래스 재료(G)는 오토 핸드에 대해 주형의 변경된 위치 또는 오토 핸드로부터 해제될 때 글래스 재료(G)의 견인력의 변화 때문에 하부 주형(101)의 렌즈 성형면의 중심으로부터 약간 이동된다. 이 때, 글래스 재료(G)의 점성은 105dPa/sec(데시 파스칼/초) 또는 그 이상이므로 취급이나 정렬 동작으로 인해서 글래스 재료에는 심각한 변형을 초래하지 않는다.
다음에, 구동 실린더(814)는 전진 이동하여 연결 부재(813)를 거쳐 랙(808)을 밀게 된다. 이 때, 정렬 장치의 랙(808)에 연결된 접촉 부재(806)는 하부 주형(101)의 렌즈면 성형면의 중심을 향해 이동된다. 동시에, 피니언(809)은 랙(808)의 이동에 의해 회전하게 되고 랙(807)을 랙(808)의 이동 방향과는 반대 방향으로 후방 견인하게 된다. 랙(807)에 연결된 정렬 장치의 접촉 부재(805)는 하부 주형(101)의 렌즈면 성형면의 중심을 향해 이동된다.
결국, 접촉 부재(805, 806)의 테이퍼부(805a, 806a)는 이 때 글래스 재료(G)의 주위 부분과 접촉하게 된다. 이리하여, 글래스 재료(G)는 테이퍼부(805a, 806a)에 의해 유지되고 제19도에 도시한 바와 같이 최종적으로 정렬된다. 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)의 동작이 정지되면, 글래스 재료(G)와 하부 주형(101) 사이의 정렬은 종료된다. 글래스 재료(G)의 크기에 어떤 변동이 생기더라도, 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)의 테이퍼부(805, 806)는 정밀하게 정렬될 수 있다.
가열 중에 글래스 재료(G)가 변형되는 것을 방지하기 위해, 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)의 테이퍼부(805a, 806a)로부터 글래스 재료(G)에 공급된 압력은 제로이다. 또, 프레스 성형 직전의 주형의 진동으로 인한 글래스 재료(G)의 이동을 방지하기 위해서, 구동 실린더(814)의 기압력이 해제되거나 구동 실린더(814)가 약간 후퇴된다. 이 상태에서, 상부 주형(102)과 하부 주형(101) 및 글래스 재료(G)가 가열되고, 각 부분의 온도가 소정치에 도달한 후에, 상부 및 하부 공기 실린더의 피스톤 로드(도시 않음)가 밀려서 상부 주형(102)의 렌즈면 성형면이 글래스 재료(G)의 상면과 접촉하게 되고, 따라서 글래스 재료(G)상에 압력을 가하게 된다.
이 때, 구동 실린더(814)는 상부 주형(102)의 렌즈면 성형면이 글래스 재료(G)의 상면과 접촉할 때 또는 그 직전에 후퇴되어 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)가 하부 주형(101)의 렌즈면 성형면의 중심으로부터 이격된 위치로 점차 복귀된다. 접촉 부재(805, 806)의 측부 위치는 프레스 성형 후에 성형품의 측정치에 대응하거나 그 보다 약간 큰 크기로 하여 성형품을 오토 핸드 등으로 집어서 성형품의 취급을 수행할 때 성형품의 이동을 방지하도록 그리고 성형품의 취급을 원활하게 수행하도록 한다. 상부 주형(102)이 하강 이동하여 글래스 재료(G)를 가압하게 되면 글래스 재료(G)는 점차 편평하게 눌려 펴지고, 상부 및 하부 주형의 렌즈면 성형면에 따라서 렌즈 등의 성형품 형상으로 변형되고 프레스 성형 동작이 완료된다. 이 상태에서, 글래스 재료(G)는 상부 주형(102) 및 하부 주형(101)의 렌즈면 성형면으로부터 전사되어 상부 및 후면과 같은 광학 기능면 및 소정 두께를 가지게 된다.
그 후, 성형품인 냉각된다. 이 때, 상부 주형(102) 및 하부 주형(101)은 각 N2파이프(도시 않음)를 통해 냉각 파이프에 공급된 N2가스에 의해 냉각된다. 이 냉각 단계에서, 성형품의 변형을 방지하기 위해서, 하부 피스톤 로드(도시 않음)는 하부 주형을 상방으로 밀도록 작동되며, 성형품에 압력을 가하게 된다. 이들 부품 및 성형품 각각의 온도는 소정 치로 저하되며, 하부 공기 실린더(도시 않음)는 후퇴되고 하부 주형(101) 상의 압력을 해제하게 되고 상부 주형(102)이 상향 이동한다. 성형품은 주형 본체(100)의 개구부(100A)를 가진 오토 핸드에 의해 취출된다. 상부 주형(102) 이동시에 성형 품이 이동되어 오토 핸드에 의해 취출될 수 없게 도면 접촉 부재(805, 806)가 다시 작동되어 취출할 성형품을 정렬시키도록 작동된다.
이런 일련의 동작으로 성형품이 얻어진다.
다음에, 프레스 성형에 대해 더욱 상세한 설명을 하기로 한다.
본 실시예에서, 외경 ø15mm, 내경 ø30mm, 두께 1.5mm인 양면 오목 렌즈를 초경합금 주형을 이용하여 재료(G)로서 두꺼운 크라운 글래스(Tg)(글래스 전이점 : 550℃)로부터 성형한다.
[프레스 성형]
주형 개수 : 4
반입 단계 500℃(상부 주형(102) 및 하부 주형(101))에서 재료 반입.
정렬 단계 초기 온도 ; 500℃(1016dPa/sec)
가압 단계 620℃(상부 주형(102) 및 합부 주형(101))
압력 P1=3100N
냉각 단계 냉각 속도=-1.0℃/sec
압력 P2=2200N
600℃(상부 주형(102) 및 하부 주형(101))에서 P2 개시
500℃(상부 주형(102) 및 하부 주형(101))에서 P2 종료
주형 개방 480℃(상부 주형(102) 및 하부 주형(101))
제17도 및 제18도에 도시한 바와 같이, 상부 주형(102) 및 하부 주형(101)의 온도가 500℃이면, 직경 변동 0.2mm인 태블릿형의 글래스 재료(G)가 하부 주형(101) 상에 배치되고 2초간 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)를 작동시켜 글래스 재료(G)와 정렬시킨다. 이 때, 구동 실린더(814)의 압력은 해제되고, 실린더는 약간 후퇴된다. 이 상태에서, 상부 주형(102) 및 하부 주형(101)의 온도는 620℃로 상승된다.
글래스 재료(G)는 히터(도시 않음)에 의해 가열되고, 재료의 온도가 소정 치로 상승되었을 때, 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)는 측부 위치로 다시 견인된다. 이 때, 성형품은 가압 단계 및 냉각 단계를 거쳐 취출된다. 이 프레스 성형은 100회 수행되고, 400개의 성형품을 얻는다. 성형품의 이동량은 0.2mm 내에 있게 되고, 불량 성형품은 발견되지 않는다.
반입 단계에서, 접촉 부재(805, 806)를 작동시키지 않는 것을 제외하고는 동일한 조건에서 프레스 성형을 100회 수행하면 성형품 이동량은 1.0mm 까지 증가되고 성형품의 50%가 불량이 된다.
상술한 바와 같이, 접촉 부재(805, 806)를 동작시키면 위치에 이동으로 인한 불량 성형품을 생성하지 않고 양호한 광학 소자를 얻을 수 있게 된다.
상기 실시예에서, 주형 본체(100)는 주로 텅스텐(W)을 함유하는 내열성 소결합금으로 구성된다. 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806), 랙(807, 808) 및 피리언(809)에도 정렬 장치의 구성 부품으로서 동일한 재료를 사용하게 되면, 실온으로 조절되고 상기 온도 조건에서 사용된 장치에 채택할 때 열팽창으로 인한 치수 변동은 발생하지 않게 되며 소정의 정렬을 이룰 수 잇다. 스텐레스 강(SUS303)을 정렬 구조의 구성 부품으로 사용하게 되면, 상술한 온도 조건에 따라서 부재 상에는 수회 사용만으로도 침식이 발생하게 되고 정렬 동작도 불량하게 된다. 그러나, 스텐레스 강 대신에 텅스텐(W)을 주로 함유하는 내열성 소결 합금을 사용하게 되면 상술한 온도 조건에서 5000회에 걸쳐 양호한 정렬이 수행될 수 있고 정렬 동작 불량도 없어진다.
제1 실시예에 따르면,
① 성형품은 오목 렌즈이지만, 성형품의 형상은 이런 오목 렌즈에만 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 볼록 렌즈 및 프리즘도 제작할 수 있다. 즉, 정밀 정렬을 요하는 다른 형상의 재료도 사용할 수 있는 것이다.
② 주형의 수효는 네 개로 제한되는 것은 아니다.
③ 정렬 구조의 부재는 재료는 주로 텅스텐(W)을 함유하는 내열성 소결 재료에만 제한되는 것은 아니다. 내열성과 열 팽창률이 주형의 재료와 거의 동일한 것이라면 니켈 합금이나 붕소화 서밋(금속 세라믹) 등의 다른 재료도 사용할 수 있다.
④ 접촉 부재(805, 806)와 각 하부 주형(101) 사이의 거리를 유지하기 위해 랙 및 피니언 기구를 채택하고 있다. 그러나, 제20도에 도시한 바와 같이, 링크 기구를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 제21도에 도시한 바와 같이, 윙 밸브를 가진 기록 기구 등의 세 개 이상의 접촉 부재를 사용할 수도 있다.
⑤ 정렬은 글래스 렌즈가 될 글래스 재료 상에서 수행되었지만, 재료는 글래스에 한정되지는 않고, 정렬은 재료가 정밀 정렬을 요하는 한 광학 소자의 프레스 성형에 대해 수행된다. 예를 들어, 정렬은 플라스틱 재료의 프레스 성형에 대해 수행될 수 있다.
[제1 실시예의 변경예]
제22도는 제17도 내지 제19도에 도시한 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)의 변경 예를 도시한 것이다.
이 변경 예에서, 글래스 재료의 치수의 변동이 있더라도 네 개의 글래스 재료를 각각 정렬시킬 수 있다. 가장 큰 재료를 정렬하게 되면, 작은 재료들은 작은 재료와 접촉 부재 사이에 생기는 간극 때문에 정밀하게 정렬되지 못한다. 이런 불편을 피하기 위해, 변경 예는 접촉 부재가 작은 재료와 접촉하도록 하는 스프링을 갖고 있다.
제22도에 도시한 바와 같이, 지르코니아 등의 세라믹 재료로 구성되는 스프링 부재(826)는 접촉 부재(805, 806)가 글래스 재료에 접촉하는 접촉 위치에 제공된다. 스프링 부재(826)는 실린더(814)와 랙 및 피니언 기구의 동작에 의해 접촉 부재(805, 806)의 이동에 의해 재료가 정렬될 때 실린더로부터 글래스 재료 상에의 압력 부하는 회피할 목적으로도 제공된다.
[제2 실시예]
제23도 및 제24도는 제2 실시예에 따른 정렬 장치의 접촉 위치에서의 정렬 과정과 주형 장치와 정렬 장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 주형 장치의 구조는 상부 및 하부 주형 한 세트와 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)가 주형 본체(100)에 고정되지 않은 점을 제외하고는 제1 실시예의 것과 동일하므로, 그 장치의 구조에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음에, 글래스 재료(G)를 이 주형 장치의 하부 주형(101)과 정렬시키는 과정을 설명하기로 한다. 제23도에 있어서, 글래스 재료(G)를 주형으로 반입하기 위해, 주형의 내외를 자유롭게 이동하도록 제공된 접촉 부재(805, 806)는 제1 실시예의 것과 유사한 기구, 예를 들어 랙 및 피니언 기구 등에 의해 폐쇄되며, 글래스 재료(G)는 접촉 부재(805, 806) 상에 배치된다. 글래스 재료(G)는 접촉 부재(805, 806) 사이에 놓을 수도 있다.
다음에, 제25도 내지 제 27도에 도시한 바와 같이, 글래스 재료(G)가 배치되는 정렬 장치(818)는 구동 동력원(도시 않음)에 의해 주형에 삽입된다. 정렬 장치(818)가 하강하고, 정렬 장치(818)에 제공된 정렬 핀(819)은 주형 본체(100)에 고정된 정렬 구멍(817)에 삽입도어 하부 주형(101)과 정렬 장치(818)의 정렬이 완료된다.
다음에, 정렬 장치(818)의 접촉 부재(805, 806)가 개방되고, 글래스 재료(G)는 하부 주형(101)상에 배치된다. 이 때, 정렬 장치(818)의 접촉 부재(805, 806)는 폐쇄되어 글래스 재료(G)와 하부 주형(101)의 정렬이 완료된다. 그 후, 프레스 성형이 수행된다. 프레스 성형은 제1 실시예의 것과 동일하므로 프레스 성형에 대한 설명은 생략하기로 한다. 정렬 장치(818)는 글래스 재료(G)의 정렬 후에 주형 내에 남아서 제1 실시예와 같이 프레스 성형 직전에 글래스 재료(G)를 유지하게 배치될 수도 있다.
다음에, 프레스 성형의 세부 사항에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에서, 내경 ø22mm이고 상부 오목부의 곡률 반경(R)이 30mm이고 후방 볼록부의 곡률 반경(R)이 110mm이며 중앙부 두께가 1.8mm인 메니스커스(오목 볼록) 렌즈를 이하의 조건에서 초경합금 주형을 사용하여 글래스 재료로서 두꺼운 크라운 글래스(Tg)(글래스 전이 온도 550℃)로부터 성형하였다.
정렬 단계 초기 온도 : 500℃(1016dPa/sec)
가압 단계 630℃(상부 주형(102) 및 하부 주형(101))
압력 P1=4900N
냉각 단계 냉각 속도=-1.0℃/sec
압력 P2=3900N
600℃(상부 주형(102) 및 하부 주형(101))에서 P2 개시
500℃(상부 주형(102) 및 하부 주형(101))에서 P2 종료
주형 개방 480℃(상부 주형(102) 및 하부 주형(101))
제25도 내지 제27도에 도시한 바와 같이, 상부 주형(102) 및 하부 주형(101)의 온도가 500℃이면, 직경 변동 0.2mm인 태블릿형의 글래스 재료(G)가 하부 주형(101) 상에 배치되고 2초간 정렬 장치의 저촉 부재(805, 806)를 작동시켜 하부 주형(101)과 정렬시킨다. 이 때, 정렬 장치(818)를 주형으로부터 취출한다. 이 상태에서, 상부 주형(102) 및 하부 주형(101)의 온도는 630℃로 상승되고, 글래스 재료(G)는 재료의 온도가 소정 치로 상승될 때까지 히터(도시 않음)에 의해 가열된다. 그 후, 성형품을 가압 단계 및 냉각 단계를 거쳐 취출한다. 이 프레스 성형은 200회 수행되고, 성형품의 이동량은 0.3mm의 허용 가능 범위 내에 있게 되고, 불량 성형품은 발견되지 않는다.
[제3 실시예]
다음에, 최종 렌즈 형상에 가까운 형상을 갖는 에비 성형체로서 렌즈 블랭크를 얻기 위해 본 발명이 적용되는 응용 글래스의 프레스 성형예를 설명하기로 한다.
제28도 내지 제30도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 주형 장치 및 정렬 장치의 구조와 정렬 및 프레스 성형 과정을 도시한 것이다. 제28도는 응용 글래스가 하부 주형상에 배치된 상태를, 제29도는 용융 글래스가 하부 주형에 정렬된 상태를, 제30도는 용융 글래스가 가압되어 렌즈 블랭크로 되는 상태를 도시한 것이다.
제28도 내지 제30도에 있어서, 내부 히터(951)의 하부 주형(941)은 센서(도시 않음)에 의해 온도 제어된 하부 주형 블록(953) 상에 정렬되고 유지된다. 하부 주형 블록(953) 상에서는 구동 실린더(814)에 연결된 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)가 지지 부재(812)를 거쳐서 하부 주형 블록(953)에 정렬된다. 접촉 부재(805, 806)가 글래스 재료(G')에 접촉하는 접촉 위치에서, 카본 등의 재료가 개입된다. 하부 주형 블록(953)은 실린더(도시 않음)에 의해 재료 공급 파이프(957)와 상부 주형(942) 사이에서 수형으로 이동한다. 또, 하부 주형 블록(953)은 수직 방향으로 이동 가능한 지지 파이프(955)에 연결된다. 지지 파이프(955)는 가스 공급원(도시 않음)으로부터 하부 주형(941)의 후면으로 제어된 온도 및 양의 가스를 공급하도록 제공되어 있다. 하부 주형(941)의 재료가 다공성 재료이면 공급된 가스는 하부 주형(941)의 표면으로 배어 나온다. 상부 주형(942)은 하부 주형 블록(954)과 정렬되어 글래스(G')를 하부 주형(941)에 가압할 때 하부 주형(941)에 대해 정렬되게 한다. 하부 주형 블록(953)과 마찬가지로, 상부 주형 블록(954)은 내부 히터(951)를 가지며 센서(도시 않음)에 의해 온도 제어된다. 또, 가압 실린더(도시 않음)에 연결된 가압 축(956)은 상부 주형 블록(954)의 상면에 고정되어 있다.
다음에, 하부 주형(941)과 용융 글래스를 정렬시키고 상기 구조를 갖는 주형 장치에 의해 렌즈 블랭크를 성형하는 과정에 대해 기술하기로 한다.
제28도 내지 제30도에 있어서, 우선 지지 파이프(955)는 재료 공급 파이프(957) 바로 하방의 위치로 이동하고 상승한다. 이 때, 가스 공급원(도시 않음)으로부터 가스가 공급되고 하부 주형(941)의 표면으로 배어 나온다. 이 상태에서, 재료 공급 파이프(957)로부터 공급된 소정량의 용융 글래스는 하부 주형(941)에 수용되고, 지지 파이프(955)는 하강되고 하부 주형을 상부 주형(942) 바로 하방의 위치까지 수평 이동시킨다. 이 때, 용융 글래스는 소정량의 가스에 의해 하부 주형(941)으로부터 부상한다. 그러면, 구동 실린더(814)는 프레스 성형 이전에 정렬 동작을 수행하도록 작동된다. 따라서, 이 동작의 설명은 생략한다. 정렬은 제1 실시예와 마찬가지로 프레스 성형 직전에 행해지고, 구동 실린더(814)의 가압력이 해제되거나 구동 실린더(814)가 약간 후퇴한다. 부유 글래스(G')는 상부 주형 및 하부 주형(941)과 접촉하게 되고, 실린더(814)는 후퇴되고 정렬 장치의 접촉 부재(805, 806)는 측부 위치로 견인된다.
다음에, 프레스 성형을 더욱 상세히 설명한다.
본 실시예에서, 외경 ø15mm, 양면의 곡률 반경 30mm, 중앙부 두께 1.5mm인 양면 오목 렌즈의 렌즈 블랭크(예비 성형체)를, 세라믹 주형을 사용하고(하부 주형으로서 다공성 재료를 사용), 다음 순서에 따라서 하부 주형에 공급될 질소 가스를 이용하여 두꺼운 크라운 글래스(Tg)(글래스 전이점 ; 560℃)로부터 성형한다.
용융 글래스 공급 온도 1100℃(글래스 점도 101.8dPa/sec)
정렬 및 프레스 성형 개시시의 주형 및 가스의 온도
700℃(글래스 점도 105.4dPa/sec)
정렬 및 프레스 성형 시기기의 가스량 20ℓ/min
성형품 취출시의 주형 및 가스의 온도 515℃(글래스 점도 1012dPa/sec)
성형품 취출시의 가스량(냉각) 10ℓ/min
프레스 성형은 100히 수행하였고, 성형품의 이동량은 0.3mm의 허용 범위 내에 들었다. 제1 실시예와 마찬가지로, 정렬은 정렬 장치를 글래스 재료와 접촉시키지 않고 수행할 수 있다. 용융 글래스(G')가 N2에 의해 부유되고, 하부 주형(941)과의 접촉 저항이 제거되면, 정렬 동작은 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서, 글래스 재료(G')를 상당히 변형시키지 않고도 양호한 렌즈 블랭크를 얻을 수 있다.
또, 얻어진 렌즈 블랭크를 제1 실시예와 마찬가지로 렌즈 프레스 성형용으로 사용할 수 있고, 위치 변경으로 인한 불량 성형품을 생산하지 않으면서 양호한 성형품을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 상부 및 하부 주형을 이용하여 열 연화 상태에서 글래스 재료를 가압하고 재료와 주형을 냉각하고 주형으로부터 성형품을 취출함으로써 광학 소자를 성형하는 방법을 제공하는 것이다. 글래스 재료를 하부 주형에 배치하게 되면 글래스 재료 및 하부 주형 사이의 정렬은 정렬 장치의 접촉 부재와 재료가 직접 접촉하여 수행된다. 하부 주형과 글래스 재료 사이의 정렬은 주형 본체 내에서 작동하는 정렬 장치의 접촉 부재에 의한 직접 접촉에 의해 수행되므로, 글래스 재료의 치수에 변동이 있더라도 정밀한 정렬이 항상 가능하다. 또, 재료의 반입의 최종 단계에서 수행되는 정렬로 인해 신뢰성 있게 정렬된 재료의 프레스 서형이 가능하고 또 재료를 주형에 반입하기 전에 재료를 비교적 거칠게 취급할 수 있는 것이다. 따라서, 성형품은 낮은 비용으로 성형될 수 있는 것이다. 이런 방법으로, 본 발명은 주형에 재료를 반입할 때 재료를 취급이 용이해지는 효과적인 방법을 제공하고, 변경된 위치로 인한 불량 성형품의 발생을 방지하고 가압 위치의 이동을 방지함으로써 안정된 자동 성형품 취출을 가능케 한다.
또, 복수개의 부품으로 구성되어 재료에 맞닿는 정렬 장치의 접촉 부재가 정렬 위치의 중심으로부터 소정 거리를 각각 유지하면서 정렬을 수행할 수 있다. 이렇게 되면, 재료의 치수에 어느 정도 변동이 있더라도 정밀한 정렬을 항상 수행할 수 있다. 게다가, 이런 정렬 장치는 소정 크기 보다 어느 정도 큰 크기의 재료도 취급할 수 있고, 재료의 치수 변동도 흡수할 수 있다. 이렇게 되면, 정렬 장치를 변경시키지 않고도 크기가 다른 재료로 교환하더라도 정렬 장치를 그대로 사용할 수가 있다.
또, 정렬 장치와 주형 사이의 정렬이 수행된 후에 정렬 장치는 주형 장치의 일부분으로서 미리 주형 장치에 고정된다. 정렬 핀 등을 사용하는 종래의 정렬 방법과 비교하면, 정렬은 정렬 핀을 위한 결합 여유를 생략할 수 있고 정밀한 정렬이 가능하고 또 핀에서 침식이 일어날 위험성 없이 신뢰성 있는 정렬을 행할 수 있다. 따라서, 고 정밀도의 정렬을 실현할 수 있다. 정렬 장치가 구동원에 대한 연결 장치를 갖고 있어서, 정렬 장치와 일체로 제공된 주형은 주형 장치로부터 용이하게 분리될 수 있다. 이렇게 되면, 장치의 주형 교환이 용이해지고 보수성이 향상되며 또 자동화된 주형 교환도 개선하게 된다.
또, 주형 장치와는 별도로 제공된 정렬 장치도 주형 장치에 가까이 이동하고 주형과 결합한 후에 정렬 장치는 재료와 주형의 정렬을 수행하게 된다. 이렇게 되면, 별도의 정렬 및 성형 장치를 사용하는 경우에도 재료와 주형의 정밀한 정렬을 수행할 수 있다. 주형 장치와 정렬 장치를 일체로 갖는 프레스 성형 장치에 비교하면, 정렬 정밀도가 약간 저하되지만, 복수개의 정렬 장치를 사용하는 대신 프레스 성형 장치에 단 하나의 정렬 장치만을 사용할 수가 있어서 재료와 주형 사이의 정렬을 경제적으로 수행할 수 있게 된다.
또, 정렬 장치의 복수개의 접촉 부재의 작동 위치 관계는 랙 및 피니언 기구, 링크 기구 또는 비틀림 값(Wring Value)을 갖는 비틀린 기구(Wring Mechanism)에 의해 한정될 수 있고, 접촉 부재는 접촉 부재로부터 정렬 위치의 중심까지의 각 거리가 동일하게 유지되면서 접촉 부재가 작동될 수 있다. 이렇게 되면, 크기에 변동이 있는 재료와 주형의 고정밀도 정렬이 극히 소형의 구조로 성취될 수 있다. 따라서, 정렬 장치의 접촉 부재는 높은 정렬 정밀도를 위해 주형 장치나 취급 부재에 용이하게 개입시킬 수 있다.
또, 재료가 주형과 정렬된 후에, 정렬 장치의 접촉 부재로부터 재료에 가해진 압력은 거의 제로로 감소되며, 그렇지 않으면 접촉 부재가 재료로부터 약간 후퇴되고 재료를 프레스 성형 작전에 유지된다. 이렇게 되면, 변형 등과 같은 재료에의 악영향 없이 프레스 성형 전에 열 연화된 재료의 정렬이 가능해져서 프레스 성형 직전에 주형 상에 불안정하게 배치되는 재료를 유지할 수 있다. 따라서, 재료를 주형의 상부 및 하부 주형 내에 정렬하고 프레스 성형 직전에 재료를 유지함으로써 가압 위치의 변경 없이도 성형품을 얻을 수 있게 된다.
정렬 장치는 내열성 재료로 구성되기 때문에, 고온 주형 장치 내에서의 반복적인 동작을 견딜 수 있다. 또, 정렬 장치는 주형의 재료와 거의 같은 열팽창률 가진 재료로 구성되므로, 주형과 정렬 장치 사이의 위치 관계를 점차 실온으로 조절하면서 프레스 성형 단계에서 가열함으로써 열팽창률의 차이로 인한 위치 변동을 전혀 일으키지 않는다. 이렇게 되면 정렬 장치와 주형의 위치 조정이 용이하면서도 고정밀도 정렬이 이루어진다.
또, 정렬 시에 재료의 글래스 점도는 105dPa/sec이므로, 정렬은 정렬 장치의 접촉 부재와의 접촉에 의해 글래스 재료를 상당히 변형시키지 않고도 수행할 수 있게 된다.
본 발명은 복수개의 장치로 구성되는 시스템이나 단일 장치로 구성되는 장치에도 적용할 수 있다.
게다가, 본 발명은 본 발명이 시스템이나 장치에 프로그램을 공급함으로써 구체화되는 경우에도 적용할 수 있다. 이 경우에, 본 발명에 따른 프로그램을 기억하고 있는 기억 매체도 본 발명을 구성한다. 매체로부터 판독된 프로그램이 설치된 시스템이나 장치는 본 발명에 따른 기능을 수행하게 된다.
본 발명은 그 정신 및 범주를 벗어나지 않고 각종 실시예가 실현될 수 있으므로, 본 발명은 이하 청구 범위에 기술된 내용을 제외하고는 그 특정 실시예에 제한되는 것이 아님을 이해해야 한다.

Claims (54)

  1. 가열 연화된 광학 재료를 한 세트의 주형들을 사용하여 가압함으로써 원하는 형상의 광학 소자를 성형하는 광학 소자 성형 방법에 있어서, 광학 재료에 접촉시켜 소정의 위치로 주형 내의 광학 재료를 이동시킴으로써 주형에 대해 광학 재료의 정렬을 행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 정렬은, 주형에 대해 미리 정렬되어, 기준 위치와 정렬 위치 사이의 거리가 항상 동일하도록 주형의 기준 위치를 이동의 중심 위치로 하여 서로 상대적으로 이동하는 한 쌍의 정렬 부재들에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  3. 제2항에 있어서, 정렬 부재들은 기준 위치에 대해 형상을 갖는 경사면들을 갖고, 그 경사면들을 광학 재료에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  4. 제1항에 있어서, 정렬은, 주형에 대해 미리 정렬되어, 기준 위치와 각각의 정렬 부재 사이의 거리가 항상 동일하도록 주형의 기준 위치를 이동의 중심 위치로 하여 주형의 기준 위치 주위를 이동하는 세 개 이상의 정렬 부재들에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  5. 제1항에 있어서, 정렬은, 정렬된 상태의 광학 재료가 주형 속으로 공급될 때, 주형 주위에 제공되어 주형에 대해 미리 정렬된 정렬 구멍 속으로 핀을 삽입함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  6. 제2항에 있어서, 정렬 부재들이 광학 재료와 접촉하여 광학 재료와 정렬되어 정렬이 완료된 후, 정렬 부재들에 의해 접촉되어 광학 재료에 가해진 압력이 해제되어 광학 재료에 가해진 압력이 사실상 제거된 상태에서, 한 쌍의 주형들을 사용하여 가압하기 직전까지, 광학 재료가 정렬된 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  7. 제2항에 있어서, 정렬 부재들의 광학 재료와 접촉하여 광학 재료와 정렬되어 정렬이 완료된 후, 정렬 부재들이 광학 재료로부터 약간 떨어진 상태에서, 한 쌍의 주형들을 사용하여 가압하기 직전까지, 광학 재료가 정렬된 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  8. 제2항에 있어서, 정렬 부재들이 랙과 피니언 기구에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  9. 제4항에 있어서, 정렬 부재들이 랙과 퍼니언 기구에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  10. 제2항에 있어서, 정렬 부재들이 링크 기구에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  11. 제1항에 있어서, 광학 재료가 글래스인 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  12. 제1항에 있어서, 정렬시의 광학 재료의 점성도가 105dPa/sec인 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  13. 제2항에 있어서, 정렬 부재들은 주형 세트들의 재료의 열팽창률과 사실상 동일한 열팽창률을 갖는 내열 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  14. 제4항에 있어서, 정렬 부재들은 주형 세트들의 재료의 열팽창률과 사실상 동일한 열팽창률을 갖는 내열 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  15. 하나는 고정식 주형으로서 광학 기능면을 전사하는 오목면을 갖고 있고 다른 하나는 가동식 주형으로서 볼록면을 갖고 있는 한 쌍의 주형들을 사용하여 가열 연화된 광학 재료를 가압함으로써 광학 재료의 하나 이상의 표면상에 오목한 광학 기능면을 성형하는 광학 소자 성형 방법에 있어서, 가동식 주형 상에 광학 재료를 위치시키는 단계와 ; 가동식 주형에 대해 광학 재료를 정렬시키는 단계와 ; 한 쌍의 주형들에 의해 광학 재료를 가압하여 광학 재료의 하나 이상의 면상에 오목한 광학 기능면을 전사시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  16. 제15항에 있어서, 정렬은, 주형에 대해 미리 정렬되어, 기준 위치와 정렬 위치 사이의 거리가 항상 동일하도록 주형의 기준 위치를 이동의 중심 위치로 하여 서로 상대적으로 이동하는 한 쌍의 정렬 부재들에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  17. 제16항에 있어서, 정렬 부재들은 기준 위치에 대해 형상을 갖는 경사면들을 갖고, 그 경사면들을 광학 재료에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  18. 제15항에 있어서, 정렬은, 주형에 대해 미리 정렬되어, 기준 위치와 각각의 정렬 부재 사이의 거리가 항상 동일하도록 주형의 기준 위치를 이동의 중심 위치로 하여 주형의 기준 위치 주위를 이동하는 세 개 이상의 정렬 부재들에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 과학 소자 성형 방법.
  19. 제15항에 있어서, 정렬은, 정렬된 상태의 광학 재료가 주형 속에서 공급될 때, 주형 주위에 제공되어 주형에 대해 미리 정렬된 정렬 구멍 속으로 핀을 삽입함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  20. 제16항에 있어서, 정렬 부재들이 광학 재료와 접촉하여 광학 재료와 정렬되어 정렬이 완료된 후, 정렬 부재들에 의해 접촉되어 광학 재료에 가해진 압력이 해제되어 광학 재료에 가해진 압력이 사실상 제거된 상태에서, 한 쌍의 주형들의 사용하여 가압하기 직전까지, 광학 재료가 정렬된 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  21. 제16항에 있어서, 정렬 부재들이 광학 재료와 접촉하여 광학 재료와 정렬되어 정렬이 완료된 후, 정렬 부재들이 광학 재료로부터 약간 떨어진 상태에서, 한 쌍의 주형들을 사용하여 가압하기 직전까지, 광학 재료가 정렬된 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  22. 제16항에 있어서, 정렬 부재들이 랙과 피니언 기구에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  23. 제18항에 있어서, 정렬 부재들이 랙과 피니언 기구에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  24. 제16항에 있어서, 정렬 부재들이 링크 기구에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  25. 제15항에 있어서, 광학 재료가 글래스인 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  26. 제15항에 있어서, 정렬시의 광학 재료 점성도가 105dPa/sec인 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  27. 제16항에 있어서, 정렬 부재들은 주형 세트들의 재료의 열팽창률과 사실상 동일한 열팽창률을 갖는 내열 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  28. 제18항에 있어서, 정렬 부재들은 주형 세트들의 재료의 열팽창률과 사실상 동일한 열팽창률을 갖는 내열 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 방법.
  29. 가열 연화된 광학 재료를 한 쌍의 주형들을 사용하여 가입함으로써 원하는 형상의 광학 소자를 성형하는 광학 소자 성형 장치에 있어서, 광학 재료에 접촉시켜 소정의 위치로 주형 내의 광학 재료를 이동시킴으로써 주형에 대해 광학 재료를 정렬시키는 정렬 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 정렬 수단은, 주형에 대해 미리 정렬되어, 기준 위치와 정렬 위치 사이의 거리가 항상 동일하도록 주형의 기준 위치를 이동의 중심 위치로 하여 서로 상대적으로 이동하는 한 쌍의 정렬 부재들을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 정렬 부재들을 광학 재료와 접촉하는 부분에서 기준 위치에 대해 대칭 형상을 갖는 경사면들을 갖고, 그 경사면들을 광학 재료로 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  32. 제29항에 있어서, 상기 정렬 수단은, 주형에 대해 미리 정렬되어, 기준 위치와 각각의 정렬 부재 사이의 거리가 항상 동일하도록 주형의 기준 위치를 이동의 중심 위치로 하여 주형의 기준 위치 주위를 이동하는 세 개 이상의 정렬 부재들을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  33. 제29항에 있어서, 상기 정렬 수단은, 정렬된 상태의 광학 재료가 주형 속으로 공급될 때, 주형 주위에 제공되어 주형에 대해 미리 정렬된 정렬 구멍 속으로 삽입되는 정렬 핀을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  34. 제30항에 있어서, 광학 재료로 접촉하도록 정렬 부재들의 접촉면들 상에 설치된 스프링 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  35. 제30항에 있어서, 상기 정렬 수단은 랙과 피니언 기구에 의해 구동되는 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  36. 제32항에 있어서, 상기 정렬 수단은 랙과 피니언 기구에 의해 구동되는 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  37. 제30항에 있어서, 상기 정렬 수단은 링크 기구에 의해 구동되는 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  38. 제30항에 있어서, 광학 재료가 글래스인 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  39. 제29항에 있어서, 정렬시의 광학 재료의 점성도가 105dPa/sec인 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  40. 제30항에 있어서, 정렬 부재들은 주형 세트들의 재료의 열팽창률과 사실상 동일한 열팽창률을 갖는 내열 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  41. 제32항에 있어서, 정렬 부재들은 주형 세트들의 재료의 열팽창률과 사실상 동일한 열팽창률을 갖는 내열 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  42. 복수의 가열 연화된 광학 재료를 복수 쌍의 주형들을 사용하여 가압함으로써 원하는 형상의 복수의 광학 소자를 성형하는 광학 소자 성형 장치에 있어서, 광학 재료에 접촉시켜 소정의 위치로 주형 내의 광학 재료를 이동시킴으로써 주형에 대해 광학 재료를 대략 동시에 정렬시키는 정렬 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 정렬 수단은, 주형에 대해 미리 정렬되어, 기준 위치와 정렬 위치 사이의 거리가 항상 동일하도록 주형의 기준 위치를 이동의 중심 위치로 하여 서로 상대적으로 이동하는 한 쌍의 정렬 부재들을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  44. 제43항에 있어서, 상기 정렬 부재들은 광학 재료와 접촉하는 부분에서 기준 위치에 대해 대칭 형상을 갖는 경사면들을 갖고, 그 경사면들을 광학 재료에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  45. 제42항에 있어서, 상기 정렬 수단은, 주형에 대해 미리 정렬되어, 기준 위치와 각각의 종렬 부재 사이의 거리가 항상 동일하도록 주형의 기준 위치를 이동의 중심 위치로 하여 주형의 기준 위치 주위를 이동하는 세 개 이상의 정렬 부재들을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  46. 제42항에 있어서, 상기 정렬 수단은, 정렬된 상태의 광학 재료가 주형들 속으로 공급될 때, 주형들 주위에 제공되어 주형들에 대해 미리 정렬된 정렬 구멍 속으로 삽입되는 정렬핀을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  47. 제43항에 있어서, 광학 재료와 접촉되도록 정렬 부재들의 접촉면들 상에 설치된 스프링 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  48. 제42항에 있어서, 상기 정렬 수단은 랙과 피니언 기구에 의해 구동되는 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  49. 제44항에 있어서, 상기 정렬 수단은 랙과 피니언 기구에 의해 구동되는 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  50. 제42항에 있어서, 상기 정렬 수단은 링크 기구에 의해 구동되는 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
  51. 제42항에 있어서, 광학 재료가 글래스인 것을 특징으로 하는 광학 소자 성형 장치.
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