KR100842246B1 - 글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법 - Google Patents

글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행하는 글라스 성형 장치를 제공한다. 본 발명은 하형(D1) 및 상형(D2)과, 하형(D1) 및 상형(D2)에 외부로 끼워져 양쪽의 형(D1, D2)을 위치 결정하는 몸체형(D3)을 구비한 성형형(D)을 이용하여 글라스 소재(G)로부터 글라스 제품(L)을 가열 성형하는 글라스 성형 장치(1)로서, 몸체형(D3)이 외부로 끼워진 하형(D1)에 글라스 소재(G)를 공급하고, 몸체형(D3)에 상형(D2)을 끼워서 성형형(D)을 조립하는 형 조립 스테이지와, 글라스 소재(G)를 가열 성형하는 글라스 성형 스테이지와, 성형후에 상형(D2)을 몸체형(D3)으로부터 제거해서 성형된 글라스 제품(L)을 인출하는 형 분해 스테이지를 갖고, 형 조립 스테이지 및 형 분해 스테이지에 있어서 상형(D2)의 온도보다도 몸체형(D3)의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성하는 가열 보온 장치(32)를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020070061559
글라스 성형 장치, 형 조립 스테이지, 글라스 성형 스테이지, 형 분해 스테이지,

Description

글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법{GLASS MOLDING MACHINE AND GLASS MOLDING METHOD}
도 1은 본 실시형태에 의한 글라스 성형 장치의 전체 구성을 나타내는 모식적 평면도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 형 조립ㆍ형 분해 장치의 작용을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
[부호의 설명]
1: 글라스 성형 장치 2: 성형기 본체
3: 형 조립 형 분해 장치 4: 성형형 반송 장치
5: 공급 인출 장치(글라스 소재 공급 장치, 글라스 제품 인출 장치)
D: 성형형 D1: 하형(한쪽의 형)
D2: 상형(다른 쪽의 형) D3: 몸체형
STO: 반입 반출 스테이지
ST1: 가열 스테이지(글라스 성형 공정)
ST2,3: 가압 성형 스테이지(글라스 성형 공정)
ST4: 서냉 스테이지(글라스 성형 공정)
ST5: 냉각 스테이지(글라스 성형 공정)
32: 가열 보온 장치(온도 조정 수단)
33: 승강 장치 G: 글라스 소재
L: 광학 렌즈
본 발명은 글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법에 관한 것이고, 특히, 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행하는 것이 가능한 글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법에 관한 것이다.
최근, 광학 렌즈 등의 광학부품에는 묘사력 등의 광학 성능을 높이기 위해서 보다 고정밀도, 고해상도가 요구되고 있다. 이 때문에, 예컨대, 광축의 어긋남을 한없이 제로에 가깝게 하기 위해서 글라스 성형 공정에 있어서의 가열 성형시에 있어서 상형 및 하형과 몸체형의 간극(클리어런스)을 최소한으로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 클리어런스를 최소한으로 설정하면 형 조립 및 형 분해시에 있어서는 형의 빼고 꽂음이 곤란해진다. 즉, 형을 빼고 꽂을 경우에는 그 클리어런스의 범위내에서 수직으로 유지한 채 형을 빼고 꽂는 방향으로 이동해야 하고, 경사져버리면 형의 슬라이딩면이 맞물려 들어가 움직이지 않게 되거나, 슬라이딩면을 손상시켜 버려 클리어런스가 증대되어 반복의 위치 정밀도를 확보할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
이 때문에, 성형 정밀도를 유지하면서 형 조립 및 형 분해시에 있어서는 필요한 클리어런스를 확보하여 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행하기 위해서 여러가지의 기술이 개시되어 있다(특허문헌 1).
예컨대, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 성형형을 하형과, 하형에 끼워 넣어진 몸체형과, 몸체형에 끼워지는 상형으로 구성하고, 상형보다도 하형 및 몸체형의 쪽이 선팽창계수가 작은 형 재료를 사용하여 이 문제를 해결하려고 하고 있다.
즉, 성형시의 고온 상태에 있어서는 최소한의 클리어런스가 되도록 설정하고, 형 조립 및 형 분해시의 형온이 내려간 상태에서는 하형 및 몸체형(구멍측)보다도 상형(코어측) 쪽이 온도에 의한 수축률이 커지도록 하여 성형시보다도 큰 클리어런스를 확보하도록 하고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개평 09-188529호 공보(청구항 1)
그러나, 상형과 하형 및 몸체형에서 선팽창계수가 다른 형 재료를 사용하면 가압 성형시에 있어서의 온도 변화에 대하여 클리어런스도 변화되어버리기 때문에 온도 변화에 의한 성형품의 광축의 어긋남이나 경사가 생기고, 성형 정밀도에 악영향을 미친다고 하는 문제가 있었다.
구체적으로는, 예컨대, 가압 성형시에 있어서는 글라스 소재의 전이점(고체로 액체로의 상전이, 일예를 나타내면 500℃ 정도)을 초과해서 620℃ 정도까지 형 온도를 상승시켜 전이점 부근까지 서서히 냉각하면서 성형한다. 이 때문에, 가압 성형시에 있어서의 이러한 온도 변화(이 예에서는 120℃)에 의해 성형형의 클리어 런스도 변화되고, 최소한의 클리어런스를 성형중에 유지할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
즉, 620℃에서 최소의 클리어런스를 설정하면 전이점까지 형 온도가 내려가면 그 부분의 클리어런스도 증대되기 때문에 성형 정밀도에 악영향을 미친다. 다른 한편, 전이점에서 클리어런스를 최소로 설정하면 620℃에서는 클리어런스가 없어져 버려 슬라이딩면에 베이킹 등의 트러블이 발생할 우려가 있다.
본 발명은 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 성형 정밀도를 확보하면서 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행하는 것이 가능한 글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 청구항 1에 의한 글라스 성형 장치는 상기 과제를 해결하기 위해서, 서로 대면해서 조합되는 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형과, 이 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형에 외부로 끼워져 상기 양쪽의 형을 위치 결정하는 몸체형을 구비한 성형형을 이용하여 글라스 소재로부터 글라스 제품을 가열 성형하는 글라스 성형 장치로서, 상기 몸체형이 외부로 끼워진 상기 한쪽의 형에 글라스 소재를 공급하고, 상기 몸체형에 상기 다른 쪽의 형을 끼워서 상기 성형형을 조립하는 형 조립 스테이지와, 상기 글라스 소재를 가열 성형하는 글라스 성형 스테이지와, 성형후에 상기 다른 쪽의 형을 상기 몸체형으로부터 제거해서 성형된 글라스 제품을 인출하는 형 분해 스테이지를 갖고, 상기 형 조립 스테이지 및 형 분해 스테이지에 있어서 상기 다른 쪽의 형의 온도보다도 상기 몸체형의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성하는 온도 조정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 형 조립 스테이지 및 형 분해 스테이지에 있어서 온도 조정 수단을 구비해서 다른 쪽의 형의 온도보다도 몸체형의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성함으로써 이 온도차에 의한 열팽창에 의해 구멍측인 몸체형의 내경의 쪽이 코어측인 상형의 외경보다도 커지기 때문에 몸체형과 상형의 클리어런스를 확대할 수 있다.
이 때문에, 성형시에 있어서는 일정한 최소한의 클리어런스를 유지해서 성형 정밀도를 확보하면서 형 조립 및 형 분해시에 있어서는 클리어런스를 확대해서 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행할 수 있다.
또한, 「온도차」의 용어는 여기에서는 널리 「온도 구배」도 포함되는 개념으로 사용된다.
본 발명의 청구항 2에 의한 글라스 성형 장치는 청구항 1에 기재된 글라스 성형 장치로서, 상기 한쪽의 형, 다른 쪽의 형, 및 몸체형은 동일한 선팽창계수를 갖는 형 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 형성 온도가 변화되어도 한쪽의 형, 다른 쪽의 형, 및 몸체형의 온도 조건이 동일하면 클리어런스는 일정한 채로 유지되고, 성형 정밀도를 확보할 수 있다.
본 발명의 청구항 3에 의한 글라스 성형 장치는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 글라스 성형 장치로서, 상기 온도 조정 수단은 상기 몸체형을 가열 또는 보 온하는 가열 보온 수단인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 몸체형을 가열 또는 보온하는 가열 보온 수단을 구비함으로써 다른 쪽의 형을 냉각하는 것보다도 간이한 구성이고 효율좋게 몸체형과 다른 쪽의 형의 온도차를 형성할 수 있다.
본 발명의 청구항 4에 의한 글라스 성형 장치는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 글라스 성형 장치로서, 온도 조정 수단은 상기 다른 쪽의 형을 냉각하는 냉각 수단인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 예컨대, 몸체형을 가열하면서 다른 쪽의 형을 냉각할 수도 있기 때문에 신속하게 온도차를 형성하는 것도 가능해진다.
본 발명의 청구항 5에 의한 글라스 성형 장치는 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 글라스 성형 장치로서, 한쪽의 형은 하형이며, 상기 다른 쪽의 형은 상형인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 글라스 소재를 하형에 공급하고, 이 하형에 외부로 끼워진 몸체형을 가열함으로써 글라스 소재가 공급되는 하형측을 따뜻하게 하여 글라스 소재의 히트 쇼크(heat shock)를 경감할 수도 있다.
본 발명의 청구항 6에 의한 글라스 성형 장치는 서로 대면해서 조합되는 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형과, 이 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형에 외부로 끼워져 상기 양쪽의 형을 위치 결정하는 몸체형을 구비한 성형형을 이용하여 글라스 소재로부터 글라스 제품을 가열 성형하는 글라스 성형 장치로서, 상기 몸체형이 외부로 끼워진 상기 한쪽의 형에 글라스 소재를 공급하는 글라스 소재 공급 장치와, 상기 몸체형 에 상기 다른 쪽의 형을 끼움으로써 상기 성형형의 형 조립을 하는 형 조립 장치와, 이 형 조립 장치에 의해 조립된 성형형을 이용하여 상기 글라스 소재를 가열 성형하는 가열 성형 장치와, 이 가열 성형 장치에 의한 가열 성형후에 상기 몸체형으로부터 상기 다른 쪽의 형을 제거함으로써 상기 성형형의 형 분해를 하는 형 분해 장치와, 상기 다른 쪽의 형이 제거된 상기 몸체형 및 상기 한쪽의 형으로부터 상기 글라스 제품을 인출하는 글라스 제품 인출 장치와, 상기 형 조립 장치 및 형 분해 장치와 상기 가열 성형 장치의 사이에 있어서 상기 성형형을 반송하는 성형형 반송 장치를 갖고, 상기 형 조립 장치 및 형 분해 장치는 상기 다른 쪽의 형의 온도보다도 상기 몸체형의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성하는 온도 조정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 글라스 소재를 공급하는 글라스 소재 공급 장치와, 성형형의 형 조립을 하는 형 조립 장치와, 글라스 소재를 가열 성형하는 가열 성형 장치와, 성형형의 형 분해를 하는 형 분해 장치와, 상기 글라스 제품을 인출하는 글라스 제품 인출 장치와, 성형형을 반송하는 성형형 반송 장치를 구비함으로써 글라스 소재의 공급으로부터 성형된 글라스 제품의 취득까지를 자동화하는 것이 가능해진다.
또한, 형 조립 장치 및 형 분해 장치에 있어서 온도 조정 수단을 구비해서 다른 쪽의 형의 온도보다도 몸체형의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성함으로써 이 온도차에 의한 열팽창에 의해 구멍측인 몸체형의 내경의 쪽이 코어측인 상형의 외경보다도 커지기 때문에 몸체형와 상형의 클리어런스를 확대할 수 있다.
이 때문에, 성형시에 있어서는 일정한 최소한의 클리어런스를 유지해서 성형 정밀도를 확보하면서 형 조립 및 형 분해시에 있어서는 클리어런스를 확대해서 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행할 수 있다.
또한, 형 조립 장치와 형 분해 장치는 개별 장치로서 설치해도 좋지만, 동일 장치를 공용한 것이어도 좋다.
본 발명의 청구항 7에 의한 글라스 성형 방법은 서로 대면해서 조합되는 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형과, 이 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형에 외부로 끼워져 상기 양쪽의 형을 위치 결정하는 몸체형을 구비한 성형형을 이용하여 글라스 소재로부터 글라스 제품을 가열 성형하는 글라스 성형 방법으로서, 상기 몸체형이 외부로 끼워진 상기 한쪽의 형에 글라스 소재를 공급하고, 상기 몸체형에 상기 다른 쪽의 형을 끼워서 상기 성형형을 조립하는 형 조립 공정과, 상기 글라스 소재를 가열 성형하는 글라스 성형 공정과, 성형후에 상기 다른 쪽의 형을 상기 몸체형으로부터 제거해서 성형된 글라스 제품을 인출하는 형 분해 공정을 갖고, 상기 조립 공정 및 형 분해 공정에 있어서 상기 다른 쪽의 형의 온도보다도 상기 몸체형의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성해서 형 조립 및 형 분해를 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 8에 의한 글라스 성형 방법은 청구항 7에 기재된 글라스 성형 방법으로서, 상기 온도차를 형성하기 위해서 상기 다른 쪽의 형보다도 상기 몸체형을 가열 또는 보온하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 9에 의한 글라스 성형 방법은 청구항 7 또는 청구항 8에 기재된 글라스 성형 방법으로서, 상기 온도차를 형성하기 위해서 상기 몸체형보다 도 상기 다른 쪽의 형을 냉각하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 10에 의한 글라스 성형 방법은 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 글라스 성형 방법으로서, 상기 글라스 제품은 광학 소자이며, 상기 온도차는 150℃∼250℃로 하는 것을 특징으로 한다.
이렇게, 본 발명은 다른 쪽의 형과 몸체형의 온도차를 150℃∼250℃로 함으로써 필요 충분한 클리어런스를 확보할 수 있고, 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행할 수 있다.
본 발명의 청구항 11에 의한 글라스 성형 방법은 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 글라스 성형 방법으로서, 상기 한쪽의 형은 하형이며, 상기 다른 쪽의 형은 상형인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법에 의하면, 성형 정밀도를 확보하면서 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행하는 것이 가능한 글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법을 제공할 수 있다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해서 적당한 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
참조하는 도면에 있어서 도 1은 본 실시형태에 의한 글라스 성형 장치의 전체 구성을 나타내는 모식적 평면도이며, 도 2는 도 1의 정면도이다.
또한, 본 실시형태에서는 본 발명에 의한 글라스 성형 장치(1)로 글라스 제품인 광학 렌즈(L)를 제조할 경우를 예로서 설명한다.
본 발명의 실시형태에 의한 글라스 성형 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 가 이, 가열 성형 장치인 성형기 본체(2)와, 하형(D1) 및 몸체형(D3)과 상형(D2)(성형형(D), 도 2 참조)의 조립 및 분해를 행하는 형 조립ㆍ형 분해 장치(3)와, 형 조립ㆍ형 분해 장치(3)와 성형기 본체(2)의 사이에 있어서 성형형(D)을 반송하는 성형형 반송 장치(4)와, 글라스 소재(G)(도 2 참조)의 공급 및 글라스 제품의 취득을 행하는 공급ㆍ인출 장치(5)를 구비하고 있다.
또한, 공급ㆍ인출 장치(5)는 일예로서 로봇 핸드로 구성되어 있다. 그리고, 글라스 소재(G)(도 2 참조)를 공급하는 글라스 소재 공급 장치와, 성형된 광학 렌즈(L)를 인출하는 글라스 제품 인출 장치를 공용해서 1개의 공급ㆍ인출 장치(5)로서 구성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 글라스 소재 공급 장치와 글라스 제품 인출 장치를 각각 별개의 장치로서 구성하고, 각각의 장소에 배치해도 좋다.
성형기 본체(2)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 일예로서 성형형(D)(도 2 참조)이 반입 및 반출되는 반입ㆍ반출 스테이지(STO)와, 성형형(D) 및 성형형(D)의 캐비티내에 공급된 글라스 소재(G)(도 2 참조)를 가열하는 가열 스테이지(ST1)와, 글라스 소재(G)를 가압하면서 가열 성형하는 가압 성형 스테이지(ST2, ST3)와, 글라스 소재(G)를 서냉하면서 경화시키는 서냉 스테이지(ST4)와, 더욱이 자연 냉각해서 글라스의 조성을 안정시키는 냉각 스테이지(ST5)를 구비하고 있다.
그리고, 성형기 본체(2)에서는 회전 테이블(21)에 적재된 성형형(D)을 스테이지마다에 순차적으로 보내면서 글라스 소재(G)(도 2 참조)로부터 글라스 제품인 광학 렌즈(L)(도 2 참조)를 형성한다.
여기서, 각 스테이지에 있어서의 공정의 내용에 대해서 간단히 설명한다.
성형형(D)은 회전 테이블(21)의 이동에 의해 반입 스테이지(STO)로부터 가열 스테이지(ST1)로 이동한다. 이 가열 스테이지(ST1)에서는 가열 장치(22)(도 2 참조)에 의해 성형형(D)의 온도를 급속히 글라스 소재(G)의 전이점 이상(예컨대, 620℃)까지 상승시킨다. 그리고, 가압 성형 스테이지(ST2, ST3)에서는 성형형(D)의 온도를 전이점 이상에 유지한 채 가압 장치(23)(도 2 참조)로 가압하면서 광학 렌즈(L)를 형성한다. 그리고, 서냉 스테이지(ST4)에서는 급격히 형온이 내려가지 않도록 가열하면서 전이점 근방까지 완만하게 형온을 강하시켜서 형성한다. 계속해서, 냉각 스테이지(ST5)에서는 글라스의 조성이 안정되는 온도까지 자연 냉각시켜서 성형형(D)은 반출 스테이지(STO)에 이동한다.
여전히, 본 실시형태에 있어서는 상기와 같은 스테이지 구성을 채용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 글라스 소재(G)의 재질이나 제품 형상에 따라 적당히 변경할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 회전 테이블 방식을 채용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 직선 이동 방식이어도 좋다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는 성형기 본체(2)에 설치된 성형형(D)의 반입ㆍ반출 스테이지(STO)를 공통의 스테이지로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 반입 스테이지와 반출 스테이지를 입구측과 출구측에 각각 개별로 설치해도 좋다.
여기서, 글라스 성형 장치(1)에서 이용되는 성형형(D)에 대해서 설명한다.
성형형(D)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 서로 대면해서 조합되는 하형(D1) 및 상형(D2)과, 하형(D1) 및 상형(D2)에 외부로 끼워져 하형(D1)과 상형(D2)을 위치 결정하는 몸체형(D3)을 구비해서 구성되어 있다. 그리고, 성형형(D)을 폐쇄한 상태에서 하형(D1)과 상형(D2)과 몸체형(D3)에 의해 캐비티가 형성되고, 광학 렌즈(L)가 가열 성형된다.
또한, 성형형(D)을 구성하는 하형(D1), 상형(D2), 및 몸체형(D3)의 재료는 정밀형용의 초경합금이 사용되고, 동일한 선팽창계수를 갖는다. 이 때문에, 성형형(D)의 온도가 변화되어도 하형(D1), 상형(D2), 및 몸체형(D3)의 온도 조건이 동일하면 클리어런스는 일정한 채로 유지될 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 성형형(D)은 하형(D1), 상형(D2), 및 몸체형(D3)으로 구성되고, 몸체형(D3)을 하형(D1)측에 고정하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 몸체형(D3)을 상형(D2)측에 고정해도 좋다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 몸체형(D3)은 하형(D1) 또는 상형(D2)과 개별체로서 구성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 하형(D1) 또는 상형(D2)과 일체로서 구성될 수도 있다.
형 조립ㆍ형 분해 장치(3)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 성형기 본체(2)의 반입ㆍ반출 스테이지(STO)의 외측에 성형형 반송 장치(4)를 끼워서 인접해서 배치되어 있다.
형 조립ㆍ형 분해 장치(3)는 하형(D1)을 적재하는 형 테이블(31)과, 몸체형(D3)을 가열할 수 있도록 배치된 온도 조정 수단으로서의 가열 보온 수단인 가열 보온 장치(32)와, 상형(D2)을 상하 방향으로 승강가능한 승강 장치(33)를 구비해서 구성되어 있다.
그리고, 형 테이블(31)에는 하형(D1)을 고정하는 하형 클램프 장치(34)이 배치되고, 승강 장치(33)의 승강판(33a)에는 상형(D2)을 고정하는 상형 클램프 장 치(35)가 배치되어 있다.
가열 보온 장치(32)는 일예로서 비접촉의 고주파 유도 가열 방식의 고주파 가열 장치가 사용되고 있다. 이 고주파 가열 장치에 의하면, 대상이 되는 몸체형(D3)을 직접 가열할 수 있기 때문에 적합한다. 단, 고주파 가열에 한정되는 것은 아니고, 히트 블록이나 램프 가열 방식을 채용할 수도 있다.
또한, 가열 장치에 한정되는 것은 아니고, 글라스 울 등의 단열 재료를 사용한 보온 장치의 채용도 가능하다. 예컨대, 냉각 스테이지(ST5)(도 1)를 통과한 후에 잔류하고 있는 열량을 하형(D1)측만 보온하고, 상형(D2)측은 자연 냉각해서 몸체형(D3)과 상형(D2)의 온도차를 형성할 수도 있다.
승강 장치(33)는 상형(D2)을 설치하는 승강판(33a)과, 승강판(33a)을 상하로 이동시키는 구동원이 되는 모터(33b)와, 모터(33b)의 회전력을 왕복 운동으로 변환하는 이송 나사 기구(33c)를 구비해서 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 승강 장치(33)는 상형(D2)을 하형(D1)에 대하여 승강시켜서 상형(D2)을 제거하거나 꽂아 넣도록 구성했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 하형(D1) 및 몸체형(D3)을 상형(D2)에 대하여 승강시켜서 제거하거나 꽂아 넣도록 구성할 수도 있다.
성형형 반송 장치(4)는 일예로서 도시되지 않은 구동 장치와, 반송 가이드를 구비해서 구성된다. 구동 장치로서는, 예컨대, 에어 실린더 등의 유체 실린더를 사용하고, 직선 가이드 기구를 설치해서 성형형 반송 장치(4)를 구성할 수 있다. 또한, 이에 한정되는 것은 아니고, 서보 모터 등을 구동원으로서 볼 나사와 직선 가 이드 기구를 조합시켜서 성형형 반송 장치(4)를 구성할 수도 있다. 요컨대, 성형형 반송 장치(4)는 글라스 성형 장치(1)의 반입ㆍ반출 스테이지(STO) 및 형 조립ㆍ형 분해 장치(3)의 구성에 따라 적당히 여러가지의 형태를 채용할 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 실시형태에 의한 글라스 성형 장치(1)의 작용에 대해서 주로 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 형 조립ㆍ형 분해 장치의 작용을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
본 발명의 실시형태에 의한 글라스 성형 장치(1)에 있어서 성형형(D)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 형 조립ㆍ형 분해 장치(3)로부터 반입ㆍ반출 스테이지(STO)에 성형형(D)이 반입된다. 그렇다면, 회전 테이블(21)이 회전 방향(R)의 방향으로 회전되어 성형형(D)은 가열 스테이지(ST1)로부터 가압 성형 스테이지(ST2, ST3), 서냉 스테이지(ST4), 냉각 스테이지(ST5)를 순차적으로 이동하면서 광학 렌즈(L)가 형성된다. 그리고, 성형형(D)은 각 스테이지(STO∼ST5)를 순환해서 다시 반입ㆍ반출 스테이지(STO)에 도달한다.
각 스테이지(STO∼ST5)를 순환해서 반입ㆍ반출 스테이지(STO)에 도달한 성형형(D)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 하형(D1) 및 몸체형(D3)과 상형(D2)이 폐쇄되어 있고, 그 폐쇄된 캐비티내에는 광학 렌즈(L)가 형성되어 있다. 그리고, 이렇게하여 반입ㆍ반출 스테이지(STO)에 도달한 성형형(D)은 성형형 반송 장치(4)에 의해 형 조립ㆍ형 분해 장치(3)에 반송된다.
형 조립ㆍ형 분해 장치(3)에 반송된 성형형(D)은, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 폐쇄된 상태인 채로 하형(D1)이 하형 클램프 장치(34)(도 2 참조)에 의해 클램 프되어 형 테이블(31)의 소정의 위치에 고정된다. 여기에서, 성형형(D)이 폐쇄된 상태에서는 상형(D2)과 몸체형(D3)의 클리어런스는 성형 정밀도를 높이기 위해서 최소한으로 설정되어 있다(예컨대, 0.5∼2㎛ 정도).
상형(D2)을 몸체형(D3)으로부터 제거해서 광학 렌즈(L)를 인출할 경우에는, 도3(b)에 나타낸 바와 같이, 상형(D2)의 온도보다도 몸체형(D3)의 온도의 쪽이 높아지도록 가열 보온 장치(32)를 작동시켜 몸체형(D3)을 가열해서 온도차(온도 구배)를 형성하고 있다.
구체적으로는, 상형(D2)과 몸체형(D3)의 온도차는 일예로서 200℃ 정도에 설정되어 있지만, 15O℃∼25O℃이면 상형(D2)을 원활하게 뺄 수 있다. 예컨대, 성형형(D)의 클리어런스가 O.5㎛와 같이 엄격한 성형 정밀도가 요구될 경우이어도 150℃의 온도차가 있으면 만일 형 재료의 선팽창계수를 α=5.2×10-6으로 하면 전체 클리어런스(δ)는 몸체형(D3)의 내경을 1Omm로 하고,
δ=0.5+5.2×10-6×150×10×103=8.3[㎛]
또한, 25O℃의 온도차가 있으면 마찬가지로
δ=0.5+5.2×10-6×250×10×103=13.5[㎛]이기 때문에 필요한 클리어런스를 확보할 수 있다.
이렇게 하여, 상형(D2)의 온도보다도 몸체형(D3)의 온도의 쪽이 높아지도록 몸체형(D3)을 가열해서 온도차(온도 구배을 포함함)을 준비한 상태에서 상형(D2)을 상형 클램프 장치(35)에 의해 클램프해서 승강 장치(33)에 의해 상승시킴으로써 원 활하게 상형(D2)을 몸체형(D3)으로부터 뺄 수 있다(도 3(c) 참조).
즉, 본 실시형태에 의한 글라스 성형 장치(1)에 의하면, 형 조립ㆍ형 분해 장치(3)에 있어서 가열 보온 장치(32)를 구비해서 상형(D2)의 온도보다도 몸체형(D3)의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성함으로써 이 온도차에 의한 열팽창에 의해 구멍측인 몸체형(D3)의 내경의 쪽이 코어측인 상형(D2)의 외경보다도 커지기 때문에 몸체형(D3)과 상형(D2)의 클리어런스를 확대할 수 있다.
이 때문에, 성형시에 있어서는 일정한 최소한의 클리어런스를 유지해서 성형 정밀도를 확보하면서 형 조립 및 형 분해시에 있어서는 클리어런스를 확대해서 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행할 수 있다.
여기서, 상형(D2)을 승강 장치(33)에 의해 상승시키는 타이밍이 문제가 되지만, 원활하게 상형(D2)을 뺄 수 있는 클리어런스가 되는 타이밍은 미리 행하여지는 성형 트라이에 의해 결정될 수 있다. 또한, 승강 장치(33)에 의해 상형(D2)을 제거하는 방향으로 슬라이딩면이 인게이지(engage)되지 않는 정도의 소정의 풀아웃 포스(pull-out force)를 인가해 두어서 몸체형(D3)을 가열하고 상형(D2)을 제거해도 좋다.
그 다음, 상형(D2)을 뺀 상태에서 성형된 광학 렌즈(L)를 공급ㆍ인출 장치(5)로 인출하고(도 3(d) 참조), 다음 성형을 위한 글라스 소재(G)를 공급ㆍ인출 장치(5)로 하형에 공급한다(도 3(e) 참조).
이렇게, 본 실시형태에 의한 글라스 성형 장치(1)에 의하면, 글라스 소재(G)를 하형(D1)에 공급하고, 이 하형(D1)에 외부로 끼워진 몸체형(D3)을 가열하고 있 기 때문에 글라스 소재(G)가 공급되는 하형(D1)측을 따뜻하게 함으로써 글라스 소재(G)의 히트 쇼크를 경감할 수 잇다.
그 후, 상형(D2)의 온도보다도 몸체형(D3)의 온도의 쪽이 높아지도록 몸체형(D3)을 가열해서 온도차(온도 구배)를 형성한 상태에서 상형(D2)을 승강 장치(33)에 의해 하강시켜서 몸체형(D3)에 삽입하여 조립을 행한다(도 3(f) 참조).
계속해서, 본 발명의 실시형태에 의한 글라스 성형 방법에 대해서 주로 도 2과 도 3을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에 있어서 상기한 글라스 성형 장치(1)와 공통되는 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태에 의한 글라스 성형 방법은 서로 대면해서 조합되는 하형(D1) 및 상형(D2)과, 하형(D1) 및 상형(D2) 외부로 끼워서 양쪽의 형을 위치 결정하는 몸체형(D3)을 구비한 성형형(D)을 이용하여 글라스 소재(G)로부터 광학 렌즈(L)를 가열 성형하는 글라스 성형 방법으로서, 몸체형(D3)이 외부로 끼워진 하형(D1)에 글라스 소재(G)를 공급하고, 몸체형(D3)에 상형(D2)을 끼워서 성형형(D)을 조립하는 형 조립 공정과, 글라스 소재(G)를 가열 성형하는 글라스 성형 공정과, 성형후에 상형(D2)을 몸체형(D3)으로부터 제거해서 성형된 광학 렌즈(L)를 인출하는 형 분해 공정을 갖고, 형 조립 공정 및 형 분해 공정에 있어서 상형(D2)의 온도보다도 몸체형(D3)의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성하여 형 조립 및 형 분해를 행하는 것을 특징으로 한다.
형 분해 공정은, 도 3(a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 상형(D2)의 온도보다도 몸체형(D3)의 온도의 쪽이 높아지도록 몸체형(D3)을 가열해서 온도차(온도 구배)를 형성한 상태에서 상형(D2)을 상형 클램프 장치(35)에 의해 클램프해서 승강 장치(33)에 의해 상승시킴으로써 원활하게 상형(D2)을 몸체형(D3)으로부터 제거하도록 한 공정이다.
글라스 성형 공정은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 성형형(D)(도 2 참조)이 반입 및 반출되는 반입ㆍ반출 스테이지(STO)와, 성형형(D) 및 성형형(D)의 캐비티내에 공급된 글라스 소재(G)(도 2 참조)를 가열하는 가열 스테이지(ST1)와, 글라스 소재(G)를 가압하면서 가열 성형하는 가압 성형 스테이지(ST2, ST3)와, 글라스 소재(G)를 서냉하면서 경화시키는 서냉 스테이지(ST4)와, 더욱이 자연 냉각해서 글라스의 조성을 안정시키는 냉각 스테이지(ST5)로 이루어지는 광학 렌즈(L)를 형성하는 공정이다.
형 조립 공정은, 도 3(e)와 (f)에 나타낸 바와 같이, 글라스 소재(G)를 공급ㆍ인출 장치(5)로 하형(D1)에 공급하고, 그 후, 상형(D2)의 온도보다도 몸체형(D3)의 온도의 쪽이 높아지도록 몸체형(D3)을 가열해서 온도차(온도 구배)를 형성한 상태에서 상형(D2)을 승강 장치(33)에 의해 하강시켜서 몸체형(D3)에 삽입하여 형 조립을 행하는 공정이다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 도면을 참조해서 상세히 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 적당히 변경가능하다.
예컨대, 본 실시형태에 있어서는 온도 조정 수단으로서 몸체형(D3)을 가열하 는 가열 보온 수단인 가열 보온 장치(32)를 사용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상형(D2)을 질소 가스 등에 의해 냉각하는 냉각 수단을 설치해도 좋다. 또한, 몸체형(D3)을 가열하는 가열 보온 장치(32)와 상형(D2)을 냉각하는 냉각 수단의 양쪽을 설치해도 좋다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 가열 보온 장치(32)에 의해 직접 몸체형(D3)을 가열하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 하형(D1)을 히터를 내장한 핫 플레이트(hot plate) 등에서 가열해서 간접적으로 몸체형(D3)을 가열할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면, 성형형(D)의 형상이나 사이즈의 영향을 경감하고, 제품이 복수개 취해진 경우이어도 간이한 구성에 의해 몸체형(D3)을 가열할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 상형(D2)을 승강 장치(33)에 의해 상승시켜서 원활하게 상형(D2)을 뺄 수 있는 클리어런스가 되는 타이밍은 미리 행하여지는 형성 트라이에 의해 결정하는 것으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 형 조립ㆍ형 분해 장치(3)에 있어서 서로 끼워지는 상형(D2) 및 몸체형(D3)의 온도를 검지하는 온도 센서를 설치해서 이 온도 센서에 의해 온도를 검출하여 상형(D2)을 상승시킬 수도 있다.
더욱이, 상기 온도 센서의 검출한 형 온도에 의거하여 온도 조정 수단을 제어하고 온도차를 조정하는 온도 제어 장치를 설치하여 온도차를 관리할 수도 있다.
본 발명에 의한 글라스 성형 장치 및 글라스 성형 방법은 성형 정밀도를 확보하면서 형 조립 및 형 분해를 원활하게 행하는 것이 가능한 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 서로 대면해서 조합되는 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형과; 상기 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형에 외부로 끼워져 상기 양쪽의 형을 위치 결정하는 몸체형을 구비한 성형형을 이용하여 글라스 소재로부터 글라스 제품을 가열 성형하는 글라스 성형 장치로서:
    상기 몸체형이 외부로 끼워진 상기 한쪽의 형에 글라스 소재를 공급하고, 상기 몸체형에 상기 다른 쪽의 형을 끼워서 상기 성형형을 조립하는 형 조립 스테이지;
    상기 글라스 소재를 가열 성형하는 글라스 성형 스테이지; 및
    성형후에 상기 다른 쪽의 형을 상기 몸체형으로부터 제거해서 성형된 글라스 제품을 인출하는 형 분해 스테이지를 갖고:
    상기 형 조립 스테이지 및 형 분해 스테이지에 있어서 상기 다른 쪽의 형의 온도보다도 상기 몸체형의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성하는 온도 조정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 글라스 성형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한쪽의 형, 다른 쪽의 형, 및 몸체형은 동일한 선팽창계수를 갖는 형 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 글라스 성형 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 조정 수단은 상기 몸체형을 가열 또는 보온하는 가열 보온 수단인 것을 특징으로 하는 글라스 성형 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 조정 수단은 상기 다른 쪽의 형을 냉각하는 냉각 수단인 것을 특징으로 하는 글라스 성형 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 한쪽의 형은 하형이며, 상기 다른 쪽의 형은 상형인 것을 특징으로 하는 것을 글라스 성형 장치.
  6. 서로 대면해서 조합되는 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형과; 상기 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형에 외부로 끼워져 상기 양쪽의 형을 위치 결정하는 몸체형을 구비한 성형형을 이용하여 글라스 소재로부터 글라스 제품을 가열 성형하는 글라스 성형 장치로서:
    상기 몸체형이 외부로 끼워진 상기 한쪽의 형에 글라스 소재를 공급하는 글라스 소재 공급 장치;
    상기 몸체형에 상기 다른 쪽의 형을 끼움으로써 상기 성형형의 형 조립을 하는 형 조립 장치;
    상기 형 조립 장치에 의해 조립된 성형형을 이용하여 상기 글라스 소재를 가열 성형하는 가열 성형 장치;
    상기 가열 성형 장치에 의한 가열 성형후에 상기 몸체형으로부터 상기 다른 쪽의 형을 제거함으로써 상기 성형형의 형 분해를 하는 형 분해 장치;
    상기 다른 쪽의 형이 제거된 상기 몸체형 및 상기 한쪽의 형으로부터 상기 글라스 제품을 인출하는 글라스 제품 인출 장치; 및
    상기 형 조립 장치 및 형 분해 장치와 상기 가열 성형 장치의 사이에 있어서 상기 성형형을 반송하는 성형형 반송 장치를 갖고;
    상기 형 조립 장치 및 형 분해 장치는 상기 다른 쪽의 형의 온도보다도 상기 몸체형의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성하는 온도 조정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 글라스 성형 장치.
  7. 서로 대면해서 조합되는 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형과; 상기 한쪽의 형 및 다른 쪽의 형에 외부로 끼워져 상기 양쪽의 형을 위치 결정하는 몸체형을 구비한 성형형을 이용하여 글라스 소재로부터 글라스 제품을 가열 성형하는 글라스 성형 방법으로서:
    상기 몸체형이 외부로 끼워진 상기 한쪽의 형에 글라스 소재를 공급하고, 상기 몸체형에 상기 다른 쪽의 형을 끼워서 상기 성형형을 조립하는 형 조립 공정;
    상기 글라스 소재를 가열 성형하는 글라스 성형 공정; 및
    성형후에 상기 다른 쪽의 형을 상기 몸체형으로부터 제거해서 성형된 글라스 제품을 인출하는 형 분해 공정을 갖고;
    상기 조립 공정 및 형 분해 공정에 있어서 상기 다른 쪽의 형의 온도보다도 상기 몸체형의 온도의 쪽이 높아지도록 온도차를 형성해서 형 조립 및 형 분해를 행하는 것을 특징으로 하는 글라스 성형 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도차를 형성하기 위해서 상기 다른 쪽의 형보다도 상기 몸체형을 가열 또는 보온하는 것을 특징으로 하는 글라스 성형 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 온도차를 형성하기 위해서 상기 몸체형보다도 상기 다른 쪽의 형을 냉각하는 것을 특징으로 하는 글라스 성형 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 글라스 제품은 광학 소자이며,
    상기 온도차는 150℃∼250℃로 하는 것을 특징으로 하는 글라스 성형 방법.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 한쪽의 형은 하형이며, 상기 다른 쪽의 형은 상형인 것을 특징으로 하는 글라스 성형 방법.
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