KR101049366B1 - 글래스 소자의 성형용 금형 - Google Patents

Abstract

형 개방 동작 개시 초기에 있어서 상측 다이 플레이트(1)와 함께 상측 코어(3)가 상방으로 이동하는 동안, 상측 캐비티 다이(2)를 탄성 부재(10)로 하방으로 압박하고, 상측 캐비티 다이(2)의 하면을 하측 캐비티 다이(6)의 상면으로 압박하여 접촉 상태를 유지하고, 하측 코어(5)의 외경과 상측 코어(3)의 외경의 차를 이용하여 글래스 소자 성형품(4)을 하측 코어(5)에 잔류시킨다. 이에 의해, 글래스 소자 성형품(4)을 확실하게 이형하여, 형 개방시에 하형에 확실하게 남게 함으로써, 원활한 성형품의 취출 및 자동 반송을 가능하게 한다.

다이 플레이트, 캐비티 다이, 탄성 부재, 스트로크 스토퍼 볼트

Description

글래스 소자의 성형용 금형{METAL MOLD FOR GLASS ELEMENT SHAPING}

본 발명은 글래스 소자 성형용 금형에 관한 것으로, 특히 곡률이 큰 광학 글래스 소자의 성형이나, 이형이 곤란한 형상을 갖는 글래스 소자의 성형에 사용하는 금형의 구조에 관한 것이다.

글래스 소자의 성형에서는, 금형을 가열하여 프레스력을 가하고, 금형의 냉각을 행하는 일련의 공정을 거쳐서 글래스 소자가 형성되지만, 특히 곡률이 큰 곡면을 갖는 광학 소자를 성형하는 경우나, 이형이 곤란한 형상의 글래스 소자를 성형하는 경우에는, 냉각시에 발생하는 금형의 열수축에 의해 코어에의 성형품의 맞물림이 발생하거나, 깨지는 경우가 있다.

도5, 도6은 이러한 종류의 글래스 소자의 성형에 이용되는 일반적인 종래의 금형 구조를 도시하고, 도5는 금형의 형 체결의 상태, 도6은 형 개방의 상태에 대응시켜 각각 한 쌍의 성형 금형을 도시하고 있다.

즉, 도5, 도6에 있어서, 참조 번호 3, 참조 번호 5는 광학 소자의 성형면을 갖는 한 쌍의 상측 및 하측 코어 혹은 도시하지 않은 글래스 소자의 성형면을 갖는 한 쌍의 코어이다. 참조 번호 2, 참조 번호 6은 상기 한 쌍의 상측 코어(3), 하측 코어(5)와 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춤하는 한 쌍의 상측 캐비티 다이 및 하 형(下型) 캐비티 다이, 참조 번호 1, 참조 번호 7은 상기 한 쌍의 상측 코어(3), 하측 코어(5) 및 한 쌍의 상측 캐비티 다이(2), 하측 캐비티 다이(6)를 지지하는 한 쌍의 상측 다이 플레이트 및 하측 다이 플레이트, 참조 번호 4는 글래스 소자 성형품을 도시하고 있다.

글래스 소자 성형품(4)의 재료로는 굴복점 620 ℃의 초재(硝材, glass material)를 사용하여, 610 ℃일 때에 금형을 폐쇄하여 15 kN으로 프레스하고, 510 ℃까지 서냉을 행한 후, 0.5 ㎜ 형 개방을 행한다. 이 경우, 도4에 도시된 바와 같이, 글래스 소자 성형품(4)은 볼록면의 상형(上型) 코어(3)에 부착된 상태에서, 형 개방이 행해져 버리는 문제가 있다.

또한, 성형형의 유효 성형면을 손상시키지 않고, 성형부를 균등하게 가열 또는 냉각할 수 있는 광학 소자의 성형 장치가 제안되어 있다(일본 특허 공개 평5-286732호 공보). 이 성형 장치에서는, 몸통형의 단부면에 1개 이상의 구멍 또는 홈을 마련하고, 그 중에 상형을 상방으로 압박하는 스프링을 설치하고 있다. 이 스프링은 상형의 중량을 지지하고 있다. 광학 소자 재료는 상형, 하형 및 몸통형 사이에서 가열 연화되고, 실린더를 하강시켜 스프링을 압축하면서 압력을 가하여 압박 성형함으로써, 광학 소자가 성형된다.

상기한 도5, 도6에 있어서는, 전술한 바와 같이, 특히 곡률이 큰 곡면을 갖는 광학 글래스 소자를 성형하는 경우나 이형이 곤란한 형상의 글래스 소자를 성형하는 경우에는, 냉각시의 열수축에 의해 상측 코어(3), 하측 코어(5)에의 성형품의 맞물림이 발생하거나, 깨지는 경우가 있다. 그리고, 깨짐이 발생하는 경우, 상측 코어(3), 하측 코어(5)를 손상시킬 가능성이 있는 동시에, 성형품(4)이 상측 코어(3)에 부착된 상태에서 형 개방을 하게 되거나, 하측 코어(5)로부터 성형품의 추출을 할 수 없게 되는 등의 문제가 있다. 이들 문제점은, 금형으로부터 성형품을 취출하여 자동 반송할 때의 장해가 되어, 연속 형성하는 경우에의 큰 문제점이 되고 있었다.

또한, 일본 특허 출원 공개 평5-286732호 공보의 성형 장치에서는, 몸통형의 상부에 상형을 상방으로 압박하는 스프링을 설치하여 상형 자체의 하중을 균형이 맞도록 하여 주로 가압시의 상형의 제어성을 양호하게 하는 것에 대해 제안되어 있지만 이형(離型) 동작을 개선하는 것에 대한 개시는 없다.

본 발명자들은, 상술한 문제점을 예의 검토한 결과, 도3에 있어서, 상측 코어(3)에 끼워 맞춤하고 있는 상측 캐비티 다이(2)를, 상측 코어(3)가 상방으로 이동하는 이형시에 상기 코어(33)에 부착된 상태에서 함께 이동시키지 않도록 함으로써 상기 문제점은 기본적으로 해결할 수 있는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 글래스 소자 성형품의 부착을 강제적으로 이형하여, 상기 성형품의 깨짐, 상하의 코어 파손을 방지하고, 또한 상기 성형품을 확실하게 이형하여 형 개방시에 하형에 남게 함으로써 원활한 자동 반송을 가능하게 하여 연속된 성형을 가능하게 하는 글래스 소자의 성형용 금형을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상형 및 하형으로 이루어지는 한 쌍의 형 사이에 글래스 소자 재료를 배치하여, 상기 한 쌍의 형 및 상기 글래스 소자 재료를 가열하여 프레스함으로써 글래스 소자를 성형하는 성형 장치에 있어서의 글래스 소자의 성형용 금형에 있어서, 상기 글래스 소자의 상측 성형면이 형성된 상측 코어와, 상기 글래스 소자의 하측 성형면을 형성하고 상측 코어의 외경보다 큰 외경을 갖는 하측 코어와, 상기 상측 코어의 외주 측면과 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춤되는 상측 캐비티 다이와, 상기 하측 코어의 외주 측면과 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춤하는 하측 캐비티 다이와, 상기 상측 코어 및 상측 캐비티 다이를 그것들의 상방측에서 지지하는 상측 다이 플레이트와, 상기 하측 코어 및 하측 캐비티 다이를 그것들의 하방측에서 지지하는 하측 다이 플레이트와, 형 개방 동작 개시 초기에 있어서 상기 상측 다이 플레이트와 함께 상측 코어가 상방으로 이동하는 동안, 상기 상측 캐비티 다이를 하방으로 압박하고, 상기 상측 캐비티 다이의 하면을 상기 하측 캐비티 다이의 상면으로 압박하여 접촉 상태를 유지하고, 상기 하측 코어와 상측 코어의 외경의 차를 이용하여 글래스 소자를 상기 하측 캐비티 다이측에 잔류시키는 잔류 강제 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 적합한 실시 형태에 따르면, 상기 잔류 강제 수단은 상기 하측 캐비티 다이 상면과 상기 상측 다이 플레이트 사이에 배치된 탄성 부재와, 상기 상측 다이 플레이트가 상기 상측 코어와 함께 상방으로 이동하여 상기 상측 캐비티 다이와의 간격이 소정 간격에 도달하였을 때에, 상기 상측 다이 플레이트와 상기 상측 캐비티 다이가 일체로 상방으로 이동 가능하도록 상기 상측 캐비티 다이를 계지시키는 계지부를 구비하고 있다.

상기 계지부는 상기 상측 캐비티 다이의 상면부에 나사 결합하고, 상기 상측 다이 플레이트의 하면과 상측 캐비티 다이의 상면 사이를 소정 간격으로 규제하는 스토퍼 볼트와, 상기 스토퍼 볼트의 헤드부가 계지하는 계지 단부를 갖고 상기 상측 다이 플레이트에 형성된 단차식 구멍으로 이루어진다.

상기 탄성 부재는, 세라믹스를 포함하는 내열 탄성 부재, 바람직하게는 인코사제의 인코넬을 재질로 하는 접시 스프링이 이용된다. 접시 스프링 대신에 내열성의 코일 스프링, 판 스프링이라도 좋다.

본 발명에 따르면, 형 개방을 행하였을 때에, 글래스 소자 성형품이 상측 코어에 부착하지 않고 확실하게 상측 코어로부터 이형하여 하측 코어에 확실하게 잔류시킬 수 있고, 이에 의해 글래스 소자 성형품의 깨짐, 코어의 파손을 방지하여 확실하게 형 개방시에 성형품을 남게 함으로써, 원활한 성형품의 취출, 자동 반송이 가능하여, 성형 사이클을 확실하게 연속시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 실시 형태에 의한 성형용 금형의 형 체결 상태를 도시하는 종단면도이다.

도2는 도1의 성형 금형의 형 개방 상태를 도시하는 종단면도이다.

도3은 본 발명의 성형용 금형의 변형예를 나타내는 종단면도이다.

도4는 본 발명의 성형용 금형의 다른 변형예를 나타내는 종단면도이다.

도5는 종래의 성형용 금형의 형 체결시의 상태를 도시하는 종단면도이다.

도6은 도5의 성형용 금형의 형 개방시의 상태를 도시하는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 기초로 하는 일 실시예에 대해 첨부한 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도1, 도2에 있어서의 각 참조 번호 중, 도3, 도4와 동일한 참조 부호는 동일 구성 부품을 나타내고 있고, 이하에서는 주로 도3, 도4와 서로 다른 점을 중심으로 설명한다.

도1, 도2에 있어서, 참조 번호 3, 참조 번호 5는 광학 글래스 소자의 성형면을 갖는 한 쌍의 상측 코어, 하측 코어이다. 참조 번호 2, 참조 번호 6은, 한 쌍의 상측 코어(3), 하측 코어(5)와 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춤하는 한 쌍의 상측 캐비티 다이 및 하형 캐비티 다이이다. 참조 번호 1, 참조 번호 7은 상기 한 쌍의 상측 코어(3), 하측 코어(5) 및 한 쌍의 상측 캐비티 다이(2), 하측 캐비티 다이(6)를 지지하는 한 쌍의 상측 다이 플레이트, 하측 다이 플레이트를 나타낸다. 참조 번호 4는 상측 코어(3)의 성형면과 하측 코어(5)의 성형면 사이에 성형되는 글래스 소자 성형품을 나타내고 있다.

도1에 있어서, 참조 번호 9는 상측 코어(3)를 상측 다이 플레이트(1)의 하면에 체결하는 고정용 볼트이다. 참조 번호 10은 상측 캐비티 다이(2)의 상면에 개방된 오목부(10A)에 수납되어 있는 내열성을 갖는 탄성 부재이다. 본 실시 형태에서는, 탄성 부재(10)로서 인코넬 718[인코사(International Nickel Company)의 상품명](종탄성계수 198220 N/㎟, 0.2 ㎜의 휨으로 200 N, 사용 온도 범위 : 실온 내지 650 ℃)의 접시 스프링을 사용하여, 반복 2000회 이상의 내구성을 확인하였다.

도1에 도시하는 성형용 금형의 형 체결시의 상태에서는, 탄성 부재(10)의 상 단부측은 상측 다이 플레이트(1)의 하면에 접촉하여 압축되어 있고, 따라서 상측 다이 플레이트(1)의 하면은 탄성 부재(10)의 탄발력을 받은 상태로 되어 있다. 또한, 같은 크기의 반력이 상측 캐비티 다이(2)에 작용하여 상측 캐비티 다이(2)를 하방으로 압박하고 있다.

또한, 상기 탄성 부재(10)에는 본 실시 형태에서 사용한 인코넬 718의 접시 스프링을 이용하는 대신에, 질화규소 Si₃N₄(사용 온도 범위 : 실온 내지 1150 ℃) 등의 세라믹 제품 등 내열재를 재질로 하는 내열성의 접시 스프링, 코일 스프링, 판 스프링 등의 탄성 부재라도 좋다.

도1에 있어서, 참조 부호 D1은 상측 코어(3)의 외경을 나타내고, D2는 하측 코어(5)의 외경을 나타내고 있다. 글래스 소자 성형품(4)에 오목면을 형성하는 상측 코어(3)의 외경 D1과 비교하면, 하측 코어(5)의 외경은 보다 큰 치수로 되어 있다. 또한, 참조 부호 Z는 글래스 소자 성형품(4)의 외주 부분을 나타낸다. 상기한 바와 같이, 이 상측 코어(3)의 외경 D1과, 하측 코어(5)의 외경 D2에 차가 있음으로써 단차가 형성되고, 글래스 소자 성형품(4)의 외주 부분(Z)의 상면은 상측 캐비티 다이(2)의 하면과 접하고 있다.

상측 다이 플레이트(1)와 상측 캐비티 다이(2)는 스토퍼 볼트(8)로 연결되어 있다. 상측 다이 플레이트(1)에는 단차식 구멍(11)이 형성되어 있고, 이 단차식 구멍(11)에 스토퍼 볼트(8)가 삽입되어 있다.

이 경우, 스토퍼 볼트(8)의 나사부가 상측 캐비티 다이(2)의 상면부에 나사 결합하고 있다. 단차식 구멍(11)에는 도중에 계지 단차부(11a)가 형성되어 있다. 스토퍼 볼트(8)의 헤드부 하면과 계지 단차부(11a)의 착좌면 사이에는 간격 L이 마련되어 있다. 스토퍼 볼트(8)의 헤드부는 형 개방하였을 때에, 도2에 도시된 바와 같이 간격 L만큼 상측 다이 플레이트(1)가 상승되었을 때 상기 착좌면에 계지되도록 되어 있고, 이에 의해 상측 다이 플레이트(1)의 하면과 상측 캐비티 다이(2)의 상면 사이를 간격 L로 규제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 스토퍼 볼트(8)는 고정용 볼트(9)와 같은 볼트이며, 본래 상측 다이 플레이트(1)에 상측 캐비티 다이(2)를 고정하는 볼트이다. 단차식 구멍(11)에 스토퍼 볼트(8)를 삽입하여 상측 캐비티 다이(2)에 나사 삽입해 갈 때에, 완전히 체결하지 않고 간격 L을 설정하면 된다. 물론, 간격 L의 조정도 가능하다.

본 실시 형태에 의한 글래스 소자 성형용 금형은 이상과 같이 구성되는 것으로, 다음에 그 작용 및 효과에 대해 설명한다.

프레스 성형에 의해 글래스 소자 성형품(4)을 성형한 후, 도1의 형 체결 상태로부터 형 개방 동작을 행한다. 이 형 개방 동작은 도시하고 있지 않은 상하 이동 구동 장치에 결합되어 있는 상측 다이 플레이트(1)가 상방으로 이동함으로써 행해진다.

도1에 있어서, 상측 다이 플레이트(1)가 상방으로 이동하기 시작하면, 상측 다이 플레이트(1)와 함께 상측 코어(3)도 상방으로 이동하게 된다. 이 동안, 상측 캐비티 다이(2)는 탄성 부재(10)의 탄발력에 의해 하방으로 압박되고 있으므로, 하 측 캐비티 다이(6)의 상면과 접촉한 그대로의 상태가 유지되도록 되어 있다. 따라서, 글래스 소자 성형품(4)의 외주 부분(Z)의 상면은 상측 캐비티 다이(2)의 하면의 단차에 의해 규제된 상태에서 글래스 소자 성형품(4)은 위치가 유지되고 있다. 이에 의해, 오목면의 곡률이 큰 글래스 소자 성형품(4)이라도 깨짐이나 맞물림이 발생하지 않아 상측 코어(3)의 성형면으로부터 원활하게 이형시킬 수 있다.

또한, 상측 다이 플레이트(1) 및 상측 코어(3)가 간격 L만큼 상방으로 이동하면, 스토퍼 볼트(8)의 헤드부 하면이 계지 단차부(11a)의 착좌면과 접촉하는 데 이른다. 그 후는 상측 캐비티 다이(2)에 상측 코어(3)가 스토퍼 볼트(8)를 통해 연결되어, 양자는 모두 상방으로 이동한다. 그때, 도2에 도시한 바와 같이, 상측 캐비티(2)의 하면은 그때까지 접하고 있던 글래스 소자 성형품(4)의 외주 부분(Z)의 상면으로부터 이격된다. 이렇게 하여 글래스 소자 성형품(4)은 깨짐이나 맞물림이 발생하지 않아, 하측 코어(5) 상에 강제적으로 잔류된 상태가 된다.

형 개방이 완료되면, 하형 코어(5)에 남은 글래스 소자 성형품(4)은 도시하지 않은 제품 취출 장치에 의해 취출되어, 반출 장소로 자동 반송되게 된다. 이와 같이, 형 개방이 행해지면, 글래스 소자 성형품(4)을 깨짐, 맞물림 없이 반드시 하측 코어(5) 상에 남길 수 있으므로, 제품 취출 장치에 의한 글래스 소자 성형품의 취출을 확실하게 행할 수 있다. 이에 의해, 글래스 소자 성형품이 깨지거나, 상측 코어(3)에 부착된 상태로 형 개방이 되는 등의 사고가 없어져 성형 공정을 중단하지 않고, 연속된 글래스 소자 성형품(4)의 성형 사이클을 연속해서 실시하여 고 효율로 생산할 수 있다.

이상, 탄성 부재(10)로서, 내열성 재료로 이루어지는 스프링을 이용한 본 발명의 적합한 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 다양한 변형예가 가능하다.

예를 들어, 도3은 도1에 있어서 탄성 부재(10) 대신에, 상측 캐비티 다이(2)에 설치한 통로(18)로부터 오목부(10A)에 고압 에어를 공급하여 상측 캐비티 다이(2)를 하방으로 압박하도록 한 예이다. 고압 에어는 상측 캐비티 다이(2)의 상면으로 블로잉하도록 해도 좋다.

또한, 도4는 고압 에어를 공급하는 대신에 상측 다이 플레이트(1)에 에어 실린더(20)를 설치하고, 그 로드(21)의 단부를 상측 캐비티 다이(2)의 상면에 압박하도록 하여 상측 캐비티 다이(2)를 하방으로 압박한 예이다.

또한, 상기 로드 하단부에 직경이 큰 헤드부를 설치하고, 이 헤드부 상면이 상측 캐비티 다이(2)에 설치한 착좌 부재에 의해 계지되도록 구성하여, 도1의 스트로크 스토퍼 볼트(8)의 기능을 겸하도록 할 수도 있다.

Claims (8)

1. 상형 및 하형으로 이루어지는 한 쌍의 형 사이에 글래스 소자 재료를 배치하여, 상기 한 쌍의 형 및 상기 글래스 소자 재료를 가열하여 프레스함으로써 글래스 소자를 성형하는 성형 장치에 있어서의 글래스 소자의 성형용 금형에 있어서,

   상기 글래스 소자의 상측 성형면이 형성된 상측 코어와,

   상기 글래스 소자의 하측 성형면을 형성하고 상측 코어의 외경보다 큰 외경을 갖는 하측 코어와,

   캐비티를 갖고, 상기 상측 코어의 상면과 결합되고, 내주면에서 상기 상측 코어의 외주 측면과 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춤하는 상측 캐비티 다이와,

   캐비티를 갖고, 내주면에서 상기 하측 코어의 외주 측면과 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춤하는 하측 캐비티 다이와,

   상기 상측 코어 및 상측 캐비티 다이를 상기 상측 코어 및 상기 상측 캐비티 다이의 상방측에서 지지하고, 상하 방향으로 이동하는 상측 다이 플레이트와,

   상기 하측 코어 및 하측 캐비티 다이를 상기 하측 코어 및 상기 하측 캐비티 다이의 하방측에서 고정 지지하는 하측 다이 플레이트와,

   형 개방 동작 개시 초기에 상기 상측 다이 플레이트와 함께 상기 상측 코어만이 상방으로 이동하고, 상기 상측 다이 플레이트의 하면과 상기 상측 캐비티 다이의 상면 사이의 간격이 소정 간격에 도달하였을 때에 처음으로 상기 상측 다이 플레이트와 상기 상측 캐비티 다이가 일체로 상방으로 이동 가능하도록 상기 상측 다이 플레이트에 상측 캐비티 다이를 계지시키는 계지 수단과,

   형 개방 동작 개시 초기에 있어서 상기 상측 다이 플레이트와 함께 상측 코어가 상방으로 이동하고, 상기 상측 다이 플레이트의 하면과 상기 상측 캐비티 다이의 상면 사이의 간격이 상기 소정 간격이 되기까지의 동안, 상기 상측 캐비티 다이를 하방으로 압박하고, 상기 상측 캐비티 다이의 하면과 상기 하측 캐비티 다이의 상면 및 글래스 소자의 외주 부분과의 접촉 상태를 유지하고, 글래스 소자의 위치를 유지한 상태로 상기 하측 캐비티 다이측에 상기 글래스 소자를 잔류시키는 잔류 강제 수단을 구비하고,

   상기 계지 수단은 상기 상측 캐비티 다이의 상면부에 나사 결합하고, 상기 상측 다이 플레이트의 하면과 상측 캐비티 다이의 상면 사이를 소정 간격으로 규제하는 스토퍼 볼트와, 상기 스토퍼 볼트의 헤드부가 계지하는 계지 단차부를 갖고 상기 상측 다이 플레이트에 형성된 단차식 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 글래스 소자의 성형용 금형.
2. 제1항에 있어서, 상기 잔류 강제 수단은,

   상기 하측 캐비티 다이 상면과 상기 상측 다이 플레이트 사이에 배치된 탄성 부재와,

   성형되는 글래스 소자의 외주 부분의 상면을 규제하기 위해, 상기 하측 코어와 상측 코어의 외경의 차를 이용하여 형성된 상기 상형 캐비티 다이 하면의 단차를 구비한 것을 특징으로 하는 글래스 소자의 성형용 금형.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 스토퍼 볼트는 상측 다이 플레이트에 상측 코어를 고정하는 볼트와 동형의 금형 체결용 볼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 글래스 소자의 성형용 금형.
5. 제2항에 있어서, 상기 탄성 부재는 세라믹스를 포함하는 내열 탄성 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 글래스 소자의 성형용 금형.
6. 제5항에 있어서, 상기 내열 탄성 부재는 접시 스프링, 코일 스프링, 판 스프링 중 어느 하나를 이용한 것을 특징으로 하는 글래스 소자의 성형용 금형.
7. 제2항에 있어서, 상기 잔류 강제 수단은 상기 탄성 부재에 대신하는 상기 상측 캐비티 다이(2)의 상면을 수압면으로 하는 고압 에어 공급부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 글래스 소자의 성형용 금형.
8. 제2항에 있어서, 상기 잔류 강제 수단은 상기 탄성 부재에 대신하는 에어 실린더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 글래스 소자의 성형용 금형.

Images