KR101468756B1 - 유리 성형체의 제조 방법 및 몰드 프레스 성형 장치 - Google Patents

유리 성형체의 제조 방법 및 몰드 프레스 성형 장치 Download PDF

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Abstract

몰드 프레스 성형 장치(1)에서는 상부 모형(5)에 몸통형(4)을 지지하고, 몸통형(4)에는 상하로 이동 가능하고 상부 모형(5)에 이동이 규제되지 않은 상태로 상형(2)을 지지하고, 하형(3)을 상승시켜 몸통형(4)에 내장하여 유리 소재(PF)에 프레스 하중을 가하기 전까지는, 몸통형(4), 상형(2)을 상부 모형(5)에 대해 이동 가능한 상태로 유지하므로, 이들 사이에 마찰이나 마모가 발생하지 않는다. 몸통형(4)에 하형(3)을 삽입하면 몸통형(4)의 하단부면(4g)이 하형(3)에 접촉하여, 이들이 경사 없이 위치 결정된 상태로 된다. 따라서, 프레스 성형 개시 후에는 상하형(2, 3) 및 몸통형(4)이 정확한 자세로 유지되고, 이 상태에서 프레스 성형된다. 프레스 성형 종료 시에는 몸통형(4)에도 프레스 하중이 작용하여 성형형의 위치 결정 상태가 유지된다. 이에 의해, 고정밀도의 광학 소자 등의 성형체를 효율적이고 안정적으로 제조할 수 있다.
유리 성형체, 몰드 프레스 성형 장치, 몸통형, 하우징, 압축 코일 스프링

Description

유리 성형체의 제조 방법 및 몰드 프레스 성형 장치 {METHOD OF PRODUCING GLASS MOLDING PRODUCT AND MOLD PRESS MOLDING DEVICE}
본 발명은 임의 형상의 성형면을 갖는 상형 및 하형과, 이들의 형이 서로의 성형면이 마주 향하도록 대향 배치되어 동축 형상으로 삽입되는 몸통형을 포함하는 성형형을 사용하여, 유리 소재를 프레스 성형하는 유리 성형체의 제조 방법 및 몰드 프레스 성형 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 성형형 및 유리 소재를 따로따로 예열하여 프레스 성형할 때에 있어서의 열변형 등에 기인하는 성형형의 편심(시프트 및 틸트)을 방지하여, 광학 유리 렌즈 등과 같은 높은 형상 정밀도가 요구되는 몰드 프레스를 행하기 위한 유리 성형체의 제조 방법 및 몰드 프레스 성형 장치에 관한 것이다.
유리 소재를 사용하여 비구면 렌즈 등의 광학 소자를 제조하는 방법으로서, 얻으려고 하는 성형체의 형상에 대응한, 서로 대향하는 성형면을 갖는 한 쌍의 상하형에 의해, 가열하여 연화 상태로 된 성형 소재를 프레스 성형하여, 이들의 형의 성형면을 전사하는 몰드 프레스 성형법이 알려져 있다.
또한, 몰드 프레스 성형을 실시하기 위해 사용하는 성형형의 성형면의 열화를 방지하는 동시에, 성형 사이클 타임을 단축화하기 위해, 성형형과 성형 소재를 각각 따로따로 예열하여, 예열된 성형 소재를 성형형에 공급하여 즉시 프레스 성형을 행하는 방법(비등온 프레스 성형법)이 알려져 있다.
이들의 방법은, 예를 들어 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 개시되어 있다. 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 개시된 방법에서는, 유리 소재 및 성형형을 예열해 둠으로써, 유리 소재를 하형에 공급한 후, 즉시 상하형의 형 폐쇄를 개시하여 프레스 성형을 행하고 있다. 그리고, 성형형을 유리 전이점 이하까지 냉각하여, 형 개방을 행하여 유리 성형체를 취출하도록 하고 있다. 이와 같은 방법에 따르면, 사이클 타임을 단축하여 생산성을 유지하면서, 면 정밀도가 우수한 유리 성형체의 성형이 가능하다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 평11-171564호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2004-339059호 공보
디지털 카메라 등의 촬상 기기나, 광 픽업 장치, 카메라를 구비한 휴대 전화기 등에 사용되는 광학 소자는 그 광학적 요구 성능이 매우 높다. 이와 같은 광학 소자를, 정밀 몰드 프레스 성형에 의해, 이러한 요구를 만족시키도록 성형하기 위해서는, 상하형의 동축성을, 연속 프레스 공정 사이를 통해 매우 높게 유지하는 것이 요구된다. 예를 들어, 상형 성형면과 하형 성형면의 상호의 수평 방향의 어긋남(시프트)은 10㎛ 이내, 바람직하게는 5㎛ 이내, 상호의 경사(틸트)는 2분 이내, 바람직하게는 1분 이내인 것이 요구된다.
따라서, 몸통형과 상하형 사이에 허용되는 클리어런스는 최대라도 10㎛ 이하로 되고, 이 상황 하에서 확실하게 상하형의 접근이 연속적으로 행해져야만 한다. 그러나, 이와 같은 좁은 클리어런스에서의 미끄럼 이동을 유지하여, 수백 내지 수만회나 연속 프레스를 행하는 것은 일반적으로 곤란하다.
상기한 특허 문헌 1에 개시되어 있는 성형 장치에서는, 상형 및 하형은 각각 상부 모형 및 하부 모형에 의해 지지되고, 상부 모형이 성형 장치에 고정되는 동시에 하부 모형이 상하 이동 가능한 실린더에 설치되어, 하부 모형의 상승에 수반하여 하형이 몸통형 내에 삽입된다. 또한, 하부 모형이 하형을 밀어 올리면, 유리 소재를 통해 상형이 약간 상승하지만, 상부 모형에 상형이 접촉함으로써 상형의 프레스 축방향의 이동이 규제되어, 하형의 상승에 수반하여 하형과 상형에 의해 연화된 유리 소재를 프레스 성형한다.
이와 같은 프레스 성형 동작은 350℃ 내지 800℃의 온도 환경 하에서 행해지므로, 성형 장치나 구동축, 혹은 각 모형 등에 열변형이 발생하여, 상하형의 동축성을 정밀도 높게 유지하는 것은 매우 곤란하다. 또한, 상하형을 삽입한 몸통형은 단순히 가이드로서의 기능을 발휘할 뿐이므로, 상하형 및 몸통형의 위치 관계가 반드시 유지되지 않아, 몸통형의 내주면과 상하형의 외주면과의 클리어런스의 범위 내에서, 몸통형 및 상하형이 상대적으로 기울거나, 센터 어긋남을 일으킬 우려가 있다.
또한, 생산 효율을 향상시키기 위해서는, 특허 문헌 1의 도 6 등에 개시되어 있는 바와 같이, 상형과 하형을 복수 세트 지지하여, 이들을 동시에 프레스 성형하는 것이 바람직하다. 그러나, 특허 문헌 1에 기재된 성형 장치의 경우, 복수 세트의 성형형의 높이에 편차가 있어도, 공통의 압박 헤드에 의해 각 성형형을 동시에 압박하므로, 당해 편차에 기인하여 성형되는 유리 성형체의 두께의 편차가 발생해 버려, 매우 고정밀도의 유리 성형체를 동시에 생산하는 것이 곤란하다.
다음에, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 성형 장치에서는, 하형의 성형면 상에 가열 연화된 유리 소재를 공급하고, 하부 모형 및 하형을 상승시켜 안내형 내에 하형을 삽입하고, 상부 모형에 의해 상방으로의 이동이 규제된 상형과, 하부 모형을 통해 상승하는 하형에 의해 유리 소재에 대해 1차 가압을 행하고, 그 후 압박 봉에 의해 상형으로 비교적 약한 하중(2차 가압)을 가하면서 소정 온도까지 냉각하여, 유리 성형체를 성형하고 있다.
그러나, 이러한 성형 장치에 따르면, 하형 및 안내형이 각각 하부 모형, 상부 모형에 의해 거의 몸을 움직일 수 없는 상태로 유지되어 있으므로, 고온 환경 하에서 상부 모형과 하부 모형의 상대적인 축 어긋남이나 경사가 발생한 경우라도, 하형을 안내형 내에 억지로 삽입하게 되어, 하형과 안내형끼리의 마찰이나 마모가 발생할 우려가 있다. 그 결과, 성형되는 렌즈의 편심 정밀도가 악화된다.
몰드 프레스 성형에 있어서, 성형형의 동축성이 고정밀도로 유지되어 있지 않으면, 하형과 몸통형 사이에 마찰이나 마모가 발생한다. 프레스 시에는 큰 하중이 작용하므로, 마찰이나 마모가 발생하면, 성형체에 가해야 할 하중이 몸통형, 하형 사이에 흡수되고, 프레스 압력이 성형체에 불균일하게 작용하여, 면 정밀도, 두께 정밀도의 열화나, 몸통형, 하형의 파손 등이 발생한다.
또한, 마찰이나 마모에 의해 발생한 마모분이 성형체에 부착되면, 성형체는 외관이 불량으로 된다. 또한, 이러한 마찰이나 마모가 발생하면, 몸통형과 하형 사이의 클리어런스가 소정 범위를 초과하여, 결과적으로 몸통형에 의한 하형의 위치 규제가 완화된다. 이는, 상형과 하형의 동축성이 상실되는 것을 의미하고, 상형과 하형 사이의 수평 방향의 축 어긋남(시프트)이나, 상형과 하형의 상대적인 경사(틸트)가 발생한다. 특히, 성형체가 광학 소자인 경우에는, 심각한 성능 열화로 된다.
본 발명의 과제는 이와 같은 점에 감안하여, 소정 온도로 예열한 유리 소재를 상하형 및 몸통형을 포함하는 성형형에 공급하여 프레스 성형하는 데 있어서, 몸통형 내에 하형을 삽입하여 성형형을 조립하여 유리 소재에 하중을 가하기 전까지는, 몸통형이나 상형을 상부 모형에 대해 이동 가능한 상태로 유지할 수 있고, 프레스 성형 개시 후에는 상하형 및 몸통형이 정확한 자세를 유지하면서 프레스 성형할 수 있고, 이에 의해 고정밀도의 광학 소자 등의 성형체를 효율적이고 안정적으로 제조할 수 있도록 한 유리 성형체의 제조 방법 및 몰드 프레스 성형 장치를 제안하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 성형면을 갖는 상형 및 하형과, 이들 상형 및 하형을 삽입하여 양자의 축 어긋남을 규제하는 몸통형을 포함하는 성형형을 사용하여, 가열 연화된 유리 소재를 프레스 성형하는 유리 성형체의 제조 방법에 있어서,
상부 모형에 의해 상기 몸통형을 지지하고, 이 몸통형 내에 삽입한 상기 상형을, 프레스 축방향으로 이동 가능한 상태로 당해 몸통형에 의해 지지하고, 상기 상형을 압박하기 위한 상형 압박 수단을 배치하여, 상기 상형과 동축 상태로 되도록 하부 모형에 의해 상기 하형을 지지해 두고,
상기 유리 소재를 상기 하형의 성형면에 공급하고,
상기 하부 모형을 상기 상부 모형에 대해 상대적으로 프레스 축방향으로 접근시키고, 당해 하부 모형에 지지되어 있는 상기 하형을 상기 몸통형 내에 삽입하여, 상기 몸통형을 상기 하형에 프레스 축방향으로부터 접촉시킨 상태를 형성하고,
상기 상형을 상기 상부 모형에 대해 상대적으로 프레스 축방향으로 압출하면서, 상기 하부 모형을 상기 상부 모형에 대해 더욱 상대적으로 접근시키고,
상기 하부 모형의 상기 상부 모형에 대한 상대적인 이동을 멈춘 후에, 상기 상형 압박 수단에 의해 상기 상형을 압박하여, 상기 유리 소재를 변형시켜 상기 상형 및 상기 하형의 각 성형면 형상에 대응하는 광학 기능면을 갖는 유리 광학 소자를 제조하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 방법에서는, 상부 모형에 대해, 상형이 프레스 축방향으로 이동 가능하고, 상형의 프레스 축방향의 이동이 상부 모형에 의해 구속 혹은 규제되어 있지 않다. 또한, 몸통형도 상부 모형에 의해 프레스 축방향으로 이동 가능하게 유지되지만, 몸통형의 이동 범위를 상부 모형에 의해 규제할 수도 있다. 가열 연화된 유리 소재를 배치한 하형을 몸통형에 삽입할 때에는, 상형은 상부 모형에 구속되지 않고 프레스 축방향으로 이동 가능한 상태에 있으므로, 하형 삽입 시에는 상형이 프레스 축방향, 혹은 상형과 몸통형 사이의 클리어런스 및 몸통형과 상부 모형 사이의 클리어런스분만큼 프레스 축방향에 직교하는 횡방향으로 자유롭게 이동하여, 이들 사이에 마모나 마찰이 발생하는 일 없이, 이들 몸통형과 하형의 축 어긋남, 경사가 보정된 상태로 맞붙는다. 또한, 몸통형이 하형에 프레스 축방향으로부터 접촉함으로써, 이들의 상대적인 위치가 규정되므로, 몸통형과 하형이 경사가 없는 맞붙음 상태로 된다. 그리고, 이와 같은 성형형의 맞붙음이 완료될 때까지는, 성형형 내의 유리 소재에는 프레스 하중이 가해지지 않으므로, 유리 소재가 연화 상태에 있어도 실질적인 변형은 이루어지지 않는다.
이와 같이 상형이 삽입된 몸통형과 하형이 접촉하여 고정밀도로 이들이 조립부착된 후에, 상형 압박 수단에 의해 상형이 압박됨으로써, 비로소 유리 소재의 프레스 성형이 행해진다. 상형은 몸통형 내에 프레스 축방향으로 이동 가능한 상태로 삽입되어 있고, 상부 모형에 의해 직접 지지되어 있지 않다. 따라서, 고온 환경 하에서 상부 모형과 하부 모형의 상대적인 축 어긋남이나 경사가 발생하고 있는 경우라도, 이와 같은 축 어긋남, 경사의 영향을 받지 않고, 몸통형을 따라서 상형을 압박할 수 있다. 환언하면, 상하의 형 및 몸통형의 정확한 자세가 유지되면서 프레스 성형을 행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법에 따르면, 하형과 몸통형의 마찰이나 마모가 발생하는 일 없이, 또한 상형과 몸통형의 마찰이나 마모가 발생하는 일 없이, 고정밀도의 광학 소자 등의 성형체를 효율적이고 안정적으로 제조할 수 있다.
여기서, 본 발명의 방법에서는, 상기 하부 모형을 상기 상부 모형에 대해 상대적으로 프레스 축방향으로 접근시키는 동작을, 상기 몸통형을 상기 하형에 접촉시킨 상태가 형성된 후에, 상기 하부 모형이 상기 상부 모형에 접촉할 때까지 행하고, 이들 하부 모형 및 상부 모형이 접촉한 상태에서, 상기 상형 압박 수단에 의해 상기 상형을 압박하는 것을 특징으로 하고 있다. 상하의 모형을 접촉 상태로 유지함으로써, 상하의 모형이 위치 어긋남을 발생하는 일 없이 일체화되므로, 프레스 동작을 안정적으로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서는 상기 상형을 압박하는 공정의 종료 시점에 있어서, 상기 상형 압박 수단에 의해 상기 상형과 함께 상기 몸통형을 압박하여, 상기 몸통형을 상기 하형에 프레스 축방향으로부터 압박한 상태를 형성하는 것을 특징으로 하고 있다. 압박의 최종 단계에 있어서, 몸통형이 하형으로 압박되어, 이들의 상대적인 위치가 유지된다. 이 결과, 상형, 하형 및 몸통형은 축 어긋남 및 경사가 없는 상태에서 서로 위치 결정된 상태로 구속되므로, 유리 소재의 프레스 성형을 매우 높은 편심 정밀도로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서는, 상기 몸통형을 소정의 힘으로 프레스 축방향을 따라서 하형측으로 압박한 상태로 유지하는 것을 특징으로 하고 있다. 몸통형에 하형이 삽입되고, 당해 몸통형이 하형에 접촉한 상태가 형성된 후에는, 당해 압박력에 의해 접촉 상태가 유지된다. 따라서, 몸통형과 하형이 경사가 없는 위치 결정 상태로 유지된다.
다음에, 본 발명의 방법에서는, 상기 하형을 상기 몸통형에 삽입하는 공정에 있어서, 당해 하형의 성형면에 적재한 유리 소재에 의해 상기 상형이 상기 몸통형에 대해 프레스 축방향으로 밀어 올려지는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같이, 하형을 몸통형에 삽입하는 공정에 있어서, 하형의 성형면에 적재한 유리 소재에 의해 상형이 프레스 축방향으로 밀어 올려지므로, 유리 소재에 실질적인 압박력이 가해지지 않아 상하형 및 몸통형을 포함하는 성형형을 고정밀도로 조립할 수 있다. 또한, 몸통형과 하형이 접촉한 상태에서, 밀어 올려진 상기 상형을 상형 압박 수단으로 압박함으로써 비로소 유리 소재의 실질적인 변형이 개시된다. 따라서, 고정밀도의 유리 성형체를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서는, 상기 상형은 상기 몸통형의 단부를 압박 가능한 크기의 플랜지부를 갖고, 상기 유리 소재를 적재한 하형을 상기 몸통형에 삽입했을 때, 상기 플랜지부와 상기 몸통형의 단부가 이격된 상태가 형성되고, 그 후, 상기 상형 압박 수단에 의해 상기 플랜지부를 압박하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 방법에서는, 상기 유리 소재를 상기 하형의 성형면에 공급하는 공정에서는, 106 내지 1010d㎩ㆍs의 점도에 상당하는 온도로 가열한 상기 유리 소재를, 당해 유리 소재가 107 내지 1012d㎩ㆍs의 점도로 되는 온도에 상당하는 온도로 예열된 상기 하형 상에 공급하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 유리 소재의 온도가 하형의 온도보다도 높은 쪽이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 방법에서는, 상기 성형형을 복수 세트 배치해 두고, 각 성형형에 있어서의 상기 상형을 압박하는 공정에서는, 각 성형형에 각각 배치한 개별의 상형 압박 수단을 사용하여 각 상형을 개별로 압박하는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 복수 세트의 성형형을 동시에 사용함으로써, 프레스 성형의 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 개별의 상형 압박 헤드에 의해 각 성형형의 상형을 압박하고 있으므로, 복수 세트의 성형형의 높이에 편차가 영향을 미치지 않고, 각 성형형에 있어서 두께에 편차가 없는 매우 고정밀도의 유리 성형체를 동시에 생산할 수 있다.
다음에, 본 발명은 성형면을 갖는 상형 및 하형과, 이들 상형 및 하형을 삽입하여 양자의 축 어긋남을 규제하는 몸통형을 포함하는 성형형을 구비하고, 가열 연화된 유리 소재를 당해 성형형에 공급하여 프레스 성형하는 몰드 프레스 성형 장치에 있어서,
상부 모형에 의해 상기 몸통형이 지지되고,
이 몸통형 내에 삽입한 상기 상형은 프레스 축방향으로 이동 가능한 상태로 당해 몸통형에 의해 지지되고,
상기 상형과 동축 상태로 되도록 하부 모형에 의해 상기 하형이 지지되고,
상기 몸통형 및 상기 하형에는, 상기 하부 모형을 상기 상부 모형에 대해 프레스 축방향으로 상대적으로 접근시키면, 프레스 축방향으로부터 서로 접촉 가능한 몸통형측 접촉면 및 하형측 접촉면이 각각 형성되어 있고,
상기 상형을 압박하기 위한 상형 압박 수단은 이들 몸통형측 접촉면 및 하형측 접촉면이 접촉한 후에 상기 상형을 압박하도록 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
여기서, 몸통형의 단부면과 상형의 단부면을 동일 평면 상 혹은 몸통형의 단부면보다도 조금 낮은 위치에 위치시켜 두면, 몸통형에 유리 소재를 적재한 하형을 삽입하면, 상기 하형의 성형면에 적재한 상기 유리 소재에 의해 상기 상형의 단부면이 몸통형의 단부면보다도 프레스 축방향으로 밀어 올려진 상태를 형성할 수 있다. 그때, 유리 소재에는 프레스 하중이 가해지지 않으므로, 유리 소재는 실질적으로 변형되지 않는다. 따라서, 상기 상형 압박 수단의 압박면을, 상기 상형의 단부면 및 상기 몸통형의 단부면을 압박 가능한 크기의 평탄면으로 해 두면, 상기 상형을 압박하여 몸통형으로 압입하면, 상기 몸통형도 상기 상형 압박 수단에 의해 동시에 하방으로 압박된 상태로 된다. 이 결과, 몸통형 및 하형 사이에서는, 몸통형측 접촉면이 하형측 접촉면으로 압박되어, 이들의 상대 위치가 규정된다. 이에 의해, 상형, 하형 및 몸통형의 3부품이 상대적으로 위치 결정된 상태가 확보된다.
다음에, 상기 몸통형을 프레스 축방향을 따라서 하형측으로 압박하고 있는 압박 수단을 배치해 두면, 몸통형에 하형이 삽입되어 몸통형측 접촉면과 하형측 접촉면의 접촉 상태가 형성된 후에는, 압박 수단의 압박력에 의해 당해 접촉 상태가 확실하게 유지된다.
또한, 상기 하부 모형을 상기 상부 모형에 대해 상대적으로 상승시켜 상기 몸통형측 접촉면 및 상기 하형측 접촉면이 접촉한 후에, 상기 상부 모형 및 상기 하부 모형을 접촉시키도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 상하의 모형의 위치가 고정된 상태에서 프레스 성형을 행할 수 있다.
다음에, 생산성을 높이기 위해 상기 성형형을 복수 세트 배치한 경우에는, 각 성형형에 상기 상형 압박 수단을 각각 배치하여, 각 상형 압박 수단에 의해 각 성형형의 상형을 개별로 압박하는 것이 바람직하다. 각 성형형의 높이에 편차가 있던 경우에 있어서도, 각 성형형에 있어서 일정한 두께의 유리 성형품을 고정밀도로 동시 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용한 제1 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 몰드 프레스 성형 장치의 성형 동작을 나타내는 동작 설명도로, 유리 소재의 공급 시점의 상태를 나타낸다.
도 3은 도 1의 몰드 프레스 성형 장치의 성형 동작을 나타내는 동작 설명도로, 몸통형에 하형이 내장된 상태를 나타낸다.
도 4는 도 1의 몰드 프레스 성형 장치의 성형 동작을 나타내는 동작 설명도로, 프레스 상태를 나타낸다.
도 5는 도 1의 몰드 프레스 성형 장치의 성형 동작을 나타내는 동작 설명도로, 프레스 종료 시점의 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명을 적용한 제2 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치의 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명을 적용한 제3 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 도 1의 몰드 프레스 성형 장치와 종래 구성의 성형 장치에 의해 성형한 성형품의 틸트와 시프트에 관한 평가 그래프이다.
이하에, 도면을 참조하여, 본 발명을 적용한 몰드 프레스 성형 장치의 실시 형태를 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치의 개략 단면도이고, 도 2 내지 도 5는 그 동작을 나타내는 동작 설명도이다. 몰드 프레스 성형 장치(1)는 그 프레스 축방향(1a)이 상하 방향으로 되도록 배치되어 있다. 따라서, 이하의 설명에서는 프레스 축방향(1a)을 상하 방향으로 하여 설명한다.
(주요부의 구조)
제1 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치(1)는 각각의 성형면(2a, 3a)이 대향 배치된 상형(2) 및 하형(3)과, 원통 형상의 몸통형(4)을 구비하고 있다. 몸통형(4)은 프레스 축방향(1a)(상하 방향)으로 이동 가능한 상태에서 상부 모형(5)에 지지되어 있다. 몸통형(4) 내에는 상측으로부터 상형(2)이 삽입되어 있고, 당해 상형(2)은 상하 방향으로 이동 가능한 상태에서 당해 몸통형(4)에 의해 지지되어 있다. 몸통형(4)의 하방에는 상형(2)과 동축 상태로 되도록 하형(3)이 배치되어 있고, 하형(3)은 하부 모형(6)에 의해 지지되어 있다.
상형(2)의 바로 위에는 당해 상형(2)을 하방으로 프레스하기 위한 상형 압박 수단(7)이 배치되어 있다. 또한, 상부 모형(5)은 지지 부재(8)를 통해 프레스 장치의 하우징(100)의 측에 고정되어 있다. 한편, 하형(3)을 지지하고 있는 하부 모형(6)은 하형 지지 수단(9)에 의해 지지되어 있고, 하형 지지 수단(9)은 상하 방향[프레스 축방향(1a)]으로 승강 가능하게 되어 있다.
이들 주요부의 구조를 상세하게 설명한다. 우선, 지지 부재(8) 및 상부 모형(5)에는 동축 형상으로 중심 구멍(8a, 5a)이 형성되어 있고, 이 속을 상형 압박 수단(7)의 프레스 헤드(7a)가 승강 가능하다. 상부 모형(5)의 중심 구멍(5a)의 하단부 부분은 소경 내주면(5b)으로 되고, 이곳을 통해 몸통형(4)의 하측 부분이 상부 모형(5)의 하단부면(5c)으로부터 하방으로 돌출되어 있다. 몸통형(4)은 그 원형 외주면(4a)에 형성한 대경의 플랜지부(4b)가 상부 모형(5)의 소경 내주면(5b)의 상측에 형성되어 있는 상향의 원환상 단차면(5d)에 접촉되어 있다. 몸통형(4)의 원형 외주면(4a)과 상부 모형(5)의 소경 내주면(5b) 사이에는 소정의 클리어런스가 형성되어 있고, 몸통형(4)의 수평 방향[프레스 축방향(1a)에 직교하는 방향]으로의 약간의 이동을 허용하고 있다.
본 실시 형태에서는 상부 모형(5)의 중심 구멍(5a)의 내주면을 따라서 배치한 압축 코일 스프링(11)에 의해, 몸통형(4)의 플랜지부(4b)가 상부 모형(5)의 원환상 단차면(5d)으로 압박된 상태로 유지되어 있다. 이 압축 코일 스프링(11)을 생략하는 것도 가능하다.
몸통형(4)은 그 축선 방향의 양측에 형성된 원형의 내주면 부분(4c, 4d)과, 이들 사이에 형성된 원형의 소경 내주면 부분(4e)을 구비하고 있고, 상측의 내주면 부분(4c)과 소경 내주면 부분(4e) 사이에는 상향의 원환상 단차면(4f)이 형성되어 있다. 몸통형(4)에 상측으로부터 삽입되어 있는 상형(2)은 선단부면이 성형면(2a)으로 되어 있는 상형 본체 부분(2b)과, 이 후단부에 형성된 대경의 플랜지부(2c)를 구비하고 있고, 상형 본체 부분(2b)과 플랜지부(2c) 사이에는 하향의 원환상 단차 면(2d)이 형성되어 있다. 상형(2)의 상형 본체 부분(2b)이 몸통형(4)의 소경 내주면 부분(4e)으로 이동 가능하게 삽입되고, 그 원환상 단차면(2d)이 몸통형(4)의 원환상 단차면(4f)에 상측으로부터 접촉되어 있다. 이 상태에 있어서는, 상형(2)의 상단부면(2e)은 몸통형(4)의 상단부면(4g)과 동일 평면 상에 위치하고 있다. 또한, 상형(2)의 상단부면(2e)을 몸통형(4)의 상단부면(4g)보다도 수십 ㎛ 내지 수㎜ 정도 낮아지도록 해도 좋다. 또한, 상형(2)과 몸통형(4) 사이에는 소정의 클리어런스(예를 들어, 1 내지 5㎛)가 형성되어 있고, 이들은 상대적으로 수평 방향으로 약간 이동이 가능하다.
하형(3)은 상단부면에 성형면(3a)이 형성되어 있는 하형 본체 부분(3b)과, 이 하단부측에 형성된 대경의 플랜지부(3c)를 구비하고 있고, 이들 하형 본체부(3b) 및 플랜지부(3c) 사이에는 상향의 원환상 단차면(3d)이 형성되어 있다. 이 형상의 하형(3)은 하부 모형(6)에 형성한 하형 장착 구멍(6a)에 프레스 축방향(1a)의 이동이 구속된 상태로 장착되어 있다. 하형 장착 구멍(6a)의 개구측의 원형 내주면(6b)과, 하형(3)의 하형 본체 부분(3b)의 외주면(3e) 사이에는 원환상 오목부(12)가 형성되어 있고, 여기에는 몸통형(4)의 하측 부분을, 그 하단부면(4h)이 원환상 단차면(3d)에 접촉할 때까지 삽입 가능하다. 하형(3)의 플랜지부(3c)와, 이를 둘러싸고 있는 하부 모형(6)의 내주면 부분(6c) 사이에는 소정의 클리어런스가 형성되어 있고, 하형(3)은 하부 모형(6)에 대해 수평 방향으로 약간 이동이 가능하다.
다음에, 상형 압박 수단(7)은 프레스 헤드(7a)를 구동하기 위한 서보 모터, 유압 실린더, 에어 실린더 등으로 이루어지는 구동 수단(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 프레스 헤드(7a)의 프레스면(7b)은 원형의 평탄면이고, 상형(2)의 상단부면(2e)보다도 약간 크고, 몸통형(4)의 상단부면(4g)에도 접촉 가능하게 되어 있다. 하형 지지 수단(9)은 하형(3)이 장착되어 있는 하부 모형(6)을 지지하고 있는 지지부(9a)와, 이 지지부(9a)를 프레스 축방향(1a)을 따라서 승강한 승강 기구(도시하지 않음)를 구비하고 있다.
상부 모형(5) 및 하부 모형(6)의 주위에는 이들 상부 모형(5) 및 하부 모형(6), 따라서, 그것들에 의해 지지되어 있는 상형(2), 하형(3), 몸통형(4)을 가열하는 가열 수단(13)이 배치되어 있다. 이 가열 수단(13)은 고주파 가열 코일, 적외선 램프 히터, 저항 가열 코일 등 임의의 가열 수단으로 할 수 있다.
또한, 상형(2), 하형(3), 몸통형(4)의 소재로서는, 예를 들어 탄화 규소, 규소, 탄화텅스텐, 산화알루미늄이나 탄화티탄의 서멧 등을 사용할 수 있다. 이들의 소재로 이루어지는 형의 표면에, 다이아몬드, 내열 금속, 귀금속 합금, 탄화물, 질화물, 붕화물, 산화물 등의 이형막을 피복해도 좋다. 특히, 탄화규소 소결체 상에 CVD법에 의해 탄화 규소막을 형성하고, 마무리 형상으로 가공한 후에, 유리 소재와 성형면의 이형성을 향상시키기 위해, 예를 들어 탄소계 막을 성형면에 형성하는 것이 바람직하다. 상부 모형(5) 및 하부 모형(6)의 소재로서는, 초경합금, 탄화텅스텐, 텅스텐 합금, 질화규소 등과 같은 가열 수단(13)에 의해 효율적으로 가열되기 쉬운 재료를 사용할 수 있다.
(성형 동작)
도 1 내지 도 5를 참조하여 몰드 프레스 성형 장치(1)에 의한 유리 소재의 몰드 프레스 성형 동작을 설명한다.
우선, 도 1에 도시하는 대기 상태에 있어서 가열 수단(13)에 의해 상형(2), 하형(3) 및 몸통형(4)을 포함하는 성형형을 예열한다. 다음에, 도 2에 도시한 바와 같이, 하형 지지 수단(9)을 하강시켜 상하형(2, 3)을 크게 이격하고, 이 상태에서 양 볼록 곡면 형상으로 예비 성형한 유리 소재(PF)를 하형(3)의 성형면(3a) 상에 공급한다. 유리 소재(PF)의 공급 시에는, 임의의 반송 지그를 사용하여, 하형(3) 상에 유리 소재(PF)를 반송하여 배치할 수 있다.
이때, 유리 소재(PF)는 프레스 성형에 적합한 점도로 미리 예열되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 점도로 106 내지 1010d㎩ㆍs 상당의 온도로 예열해 두는 것이 바람직하다. 또한, 상하형(2, 3)도, 예를 들어 프레스 성형의 대상이 되는 유리 소재(PF)의 점도로 107 내지 1012d㎩ㆍs 상당의 소정 온도로 예열해 두는 것이 바람직하다. 또한, 유리 소재(PF)의 예열 온도는 상하형(2, 3)의 예열 온도보다 높은 것이 바람직하다. 이와 같은 온도 조건을 충족시키면, 성형 사이클 타임이 짧고, 또한 성형하는 렌즈의 면 정밀도도 양호해, 양산상 매우 유리하다.
유리 소재(PF)의 반송, 공급 방법에 특별히 한정은 없다. 단, 유리 소재(PF)를 상기와 같이 예열한 경우, 유리 소재(PF)의 반송 시에, 반송 지그와의 접촉에 의해 표면 결함이 발생하는 경우가 있으므로, 가스에 의해 반송 지그 상에서 유리 소재(PF)를 부상시켜, 실질적으로 지그와의 비접촉 상태를 유지하여 반송, 공 급하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 3에 도시한 바와 같이, 하형 지지 수단(9)을 상승시켜, 상부 모형(5)과 하부 모형(6)을 접근시킨다. 도 3은 상부 모형(5)의 하단부면(5c)과 하부 모형(6)의 상단부면(6d)이 완전히 접촉한 상태를 도시하고 있다.
양 모형(5, 6)이 접근하는 과정에서는, 몸통형(4) 내에 하형(3)의 하형 본체 부분(3b)이 삽입된다. 몸통형(4)의 하단부면(4h)의 내주연에는 테이퍼면(4i)이 형성되어 있으므로, 몸통형(4)과 하형(3)의 축심이 다소 어긋나 있어도, 이 테이퍼면(4i)으로 가이드되면서, 하형(3)이 수평 방향으로 슬라이드하여 몸통형(4) 내에 하측으로부터 삽입된다. 또한, 몸통형(4)과 하형(3)의 클리어런스(래디얼 갭)는 1㎛ 내지 5㎛ 정도로 설정되어 있다.
또한, 하형(3)이 상승하면, 압축 코일 스프링(11)에 의해 하방으로 압박되어 있는 몸통형(4)의 하단부면(4h)(동형측 접촉면)이 하형(3)의 플랜지부(3c)의 원환상 단차면(3d)(하형측 접촉면)에 접촉한다. 이 시점에서는, 아직 상부 모형(5)과 하부 모형(6)은 접촉되어 있지 않다. 몸통형(4)의 하단부면(4h)이 하형(3)의 원환상 단차면(3d)에 상측으로부터 접촉함으로써, 이들 몸통형(4)과 하형(3)이 경사 없이 위치 결정된 상태가 형성된다.
이후에는, 하형(3)이 상승함에 따라서 몸통형(4)은 상방으로 밀어 올려지지만, 압축 코일 스프링(11)의 압박력에 의해 하형(3)을 하부 모형(6)의 측으로 압박하는 힘이 서서히 증가한다. 이에 의해 하형(3)과 몸통형(4)의 위치가 유지된다.
또한, 하형(3)의 성형면(3a)에 적재한 유리 소재(PF)는, 상형(2)의 성형 면(2a)에 접촉한 후에는 상형(2)을 밀어 올린다. 이때, 유리 소재(PF)는 가열 연화된 상태에 있지만, 상형(2)에는 압력이 가해져 있지 않고, 상방으로의 이동을 규제하는 부재도 없으므로, 상형(2)의 자중만이 유리 소재(PF)에 작용한다. 그러나, 유리 소재(PF)는 상형(2)의 자중 정도에서는 거의 변형되지 않는 점도이므로, 하형(3)의 상승에 수반하여 상형(2)이 밀어 올려진다.
압축 코일 스프링(11)이 완전히 수축되기 전에 상부 모형(5)과 하부 모형(6)이 접촉하고, 이 시점에서 하형 지지 수단(9)의 상승이 정지한다. 또한, 이 시점에 있어서도, 상형 압박 수단(7)의 프레스 헤드(7a)의 프레스면(7b)은 밀어 올려진 상형(2)의 상단부면(2e)보다도 상방에 위치하고 있어, 상형(2)에는 접촉하고 있지 않다.
이와 같이, 몸통형(4)에 하형(3)을 삽입하여 내장하는 하형 내장 공정에 있어서는, 상형(2)이 상하 이동 가능하게 몸통형(4) 내에 삽입되고, 몸통형(4)이 상부 모형(5)에 대해(스프링력으로 압박되고는 있지만) 상하 이동 가능하게 지지되어 있다. 따라서, 하형(3)이 몸통형(4) 내에 삽입될 때, 상하형(2, 3) 및 몸통형(4)에 무리한 힘이 가해지지 않고 동축 상태로 된다. 따라서, 몸통형(4) 및 하형(3)에 마찰이나 마모가 발생하는 일 없이, 형 폐쇄가 행해진다.
다음에, 상형 압박 수단(7)에 의한 프레스 동작이 개시된다. 도 4는 상형 압박 수단(7)에 의해 상형(2)을 압박하여 유리 소재(PF)를 프레스 성형하는 초기의 동작 설명도이고, 도 5는 프레스 성형 종료 시점의 동작 설명도이다.
우선, 도 4에 있어서, 상부 모형(5)과 하부 모형(6)이 접촉하고, 또한 몸통 형(4)의 하단부면(4h)이 하형(3)의 플랜지부(3c)의 원환상 단차면(3d)에 접촉한 상태에서, 상형 압박 수단(7)에 의해 상형(2)을 압박한다.
상형 압박 수단(7)의 프레스 헤드(7a)의 프레스면(7b)은, 앞서 서술한 바와 같이, 상형(2)의 상단부면(2e)보다도 크고, 몸통형(4)의 상단부면(4g)의 외경과 동등하거나 혹은 그 이하로 설정되어 있다. 프레스 성형 초기의 단계에서는, 상형(2)이 몸통형(4)의 상단부면(4g)으로부터 상방으로 돌출되어 있으므로, 상형 압박 수단(7)은 상형(2)의 상단부면(2e)에만 접촉하여, 당해 상형(2)만을 압박한다. 상형 압박 수단(7)에 의한 프레스압은, 예를 들어 수㎏f 내지 수백㎏f로 할 수 있다. 이때, 하형 지지 수단(9)은, 이동 동작은 정지되어 있지만, 상형 압박 수단(7)의 하중을 받아 상부 모형(5)과 하부 모형(6)이 이격되지 않도록, 소정의 압력으로 하부 모형(6)을 지지하고 있다.
상형 압박 수단(7)에 의해 상형(2)을 계속해서 압박하여, 곧 상형(2)의 상단부면(2e)이 몸통형(4)의 상단부면(4g)과 동일 높이 위치로 되면, 도 5에 도시한 바와 같이, 상형 압박 수단(7)의 프레스면(7b)은 몸통형(4)의 상단부면(4g)에도 접촉하고, 상형(2)과 함께 몸통형(4)을 하형(3)을 향해 소정의 하중으로 압박한다. 이 결과, 프레스 성형 종료 시점에서는, 몸통형(4)이 하형(3)으로 압박되어, 즉 몸통형(4)의 하단부면(4h)이 하형(3)의 플랜지부(3c)의 원환상 단차면(3d)에 상측으로부터 압박되어, 그들의 상대 위치가 유지된다. 따라서, 상하형(2, 3) 및 몸통형(4)의 동축 상태를 유지하면서 프레스 성형이 행해지므로, 편심이 매우 적은 고정밀도의 성형품을 성형할 수 있다.
다음에, 도 5의 상태에 있어서, 가열 수단(13)에 의한 가열을 정지하는 동시에, 냉각 가스를 양 모형(5, 6) 내로 유입하는 동시에 외부로부터 분사하여, 성형형(2, 3, 4) 및 성형체(P)를 냉각한다. 그리고, 성형형(2, 3, 4)의 온도가 유리의 전이점 이하로 된 후, 하형(3)을 하강하여 이형하고, 성형체(P)(광학 유리)를 반출 가능하게 한다.
또한, 프레스 성형 대상의 광학 유리의 형상에 대해서는, 특별히 제한은 없고, 양 볼록 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 오목 메니스커스 렌즈, 양 오목 렌즈 등의 성형을 행할 수 있다. 성형체(P)의 크기에 대해서도 특별히 제한은 없지만, 일반적으로는 직경 2㎜ 정도로부터 40㎜ 정도의 것을 성형할 수 있다. 2㎜ 이하의 경우에는 유리 소재가 차가워지기 쉬우므로, 깨지기 쉬워지고, 40㎜ 이상에서는 성형에 시간을 필요로 하는 동시에, 양호한 면을 얻는 것이 현저하게 곤란해지기 때문이다. 또한, 광학 유리의 형상은 구면, 비구면, 혹은 이들의 조합으로 할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 6은 복수 세트의 성형형을 사용하여 동시에 복수의 유리 성형체를 프레스 성형하는 몰드 프레스 성형 장치의 제2 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.
제2 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치(1A)의 기본적인 장치 구조는 상술한 제1 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치(1)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시 형태에서는 공통의 상부 모형(5A) 및 하부 모형(6A)으로 복수 세 트, 예를 들어 2세트의 성형형{21[2(1), 3(1), 4(1)] 및 22[2(2), 3(2), 4(2)]}을 지지하고, 각 성형형(21, 22)에 대응하여, 개별로 상형[2(1), 2(2)]을 압박하는 상형 압박 수단[7(1), 7(2)]을 마련하고 있다.
이러한 구성의 몰드 프레스 성형 장치(1A)를 사용함으로써, 고정밀도의 광학 소자를 효율적으로 제조할 수 있다. 즉, 각 성형형(21, 22)의 높이에 편차가 있던 경우에 있어서도, 각 성형형(21, 22)에 있어서 일정한 두께의 유리 성형품을 고정밀도로 동시에 생산할 수 있다. 또한, 프레스 성형 중의 가압 속도, 하중의 크기, 압력 타이밍을 각 성형형(21, 22)에 대해 임의로 설정할 수 있고, 각 성형형(21, 22)에 최적인 프레스 성형 조건을 설정하여, 편심 정밀도가 양호한 성형품을 동시 생산할 수 있다.
[제3 실시 형태]
도 7은 제3 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치의 개략 구성도이고, 이 몰드 프레스 성형 장치(1B)의 기본적인 장치 구조는 상술한 제1 실시 형태에 관한 몰드 프레스 성형 장치와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
제3 실시 형태에서는, 몸통형(40)은 상부 모형(5)의 중심 구멍(5a) 내에 배치되어, 소정의 범위 내에서 프레스 축방향(1a)(상하 방향)으로 이동 가능한 상태로, 상부 모형(5)에 지지되어 있다. 즉, 몸통형(40)의 단부(41)와 상부 모형(5) 사이에는 프레스 축방향(1a)으로 소정 치수(수백㎛ 내지 수㎜)의 간극이 형성되어, 이 범위 내에서 몸통형(40)은 이동 가능한 상태에 있다. 바꾸어 말하면, 몸통형(40)은 상부 모형(5)에 의해 프레스 축방향(1a)의 이동 범위가 규제되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 상하 모형(5, 6)을 상대적으로 접근시켜 몸통형(40) 내에 하형(3)을 삽입할 때, 상하형(2, 3)에 극단적인 축심 어긋남이 발생한 경우라도, 몸통형(40)을 필요 이상으로 상방으로 밀어 올려 프레스 헤드(7a)를 파괴하는 문제가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 몸통형(40)은 소정 치수의 범위에서 프레스 축방향(1a)으로 이동 가능하고, 또한 상형(2)도 상부 모형(5)에 대해 자유로운 상태로 유지되어 있으므로, 몸통형(40) 내에 하형(3)을 삽입할 때, 상형(2)이나 몸통형(40)이 프레스 축방향으로 이동하여, 이들의 형 사이에 마모나 마찰을 발생시키지는 일 없이, 몸통형(40), 상형(2), 하형(3)의 축 어긋남이나 경사가 보정된 상태로 맞붙는다.
또한, 제3 실시 형태에서는 상형(2)에 몸통형(40)의 단부(41)를 압박 가능한 크기의 플랜지부(2c)를 설치하고 있다. 유리 소재(PF)를 적재한 하형(3)을 몸통형(40)에 삽입했을 때, 유리 소재(PF)가 하형(3)의 성형면과 상형(2)의 성형면에 접촉한 상태에서, 상형(2)이 프레스 축방향(1a)의 상측으로 밀어 올려져, 상형(2)의 플랜지부(2c)와 몸통형(40)의 단부(41)가 이격된 상태가 형성된다. 도 7은 이때의 상태를 도시하고 있다.
그 후, 상형 압박 수단(7)[프레스 헤드(7a)]에 의해 상형(2)의 플랜지부(2c)를 압박하여, 플랜지부(2c)가 몸통형(40)의 단부(41)에 접촉할 때까지 하중을 계속해서 가한다. 이 접촉에 의해, 유리 성형체의 두께를 균일하게 제어할 수 있다. 또한, 플랜지부(2c)가 몸통형(40)의 단부(41)에 접촉한 상태에서 또한 상형(2)을 계속해서 압박함으로써, 몸통형(40)이 하형(3)을 압박하여, 상형(2), 몸통형(40), 하형(3)이 일체로 되도록 형 폐쇄가 행해진다. 따라서, 고정밀도의 유리 성형체(광학 소자)를 안정적으로 제조할 수 있다.
[각 실시 형태의 효과]
이상 설명한 바와 같이, 상기 각 실시 형태에서는 유리 소재를 상하형 및 몸통형을 사용하여 프레스 성형하는 데 있어서, 몸통형 내에 하형을 삽입하여 성형형을 조립하고, 유리 소재에 하중을 가하기 전까지는, 상형을 상부 모형에 대해 이동 가능한 상태로 유지할 수 있고, 프레스 성형 개시 후에는 상하형 및 몸통형이 정확한 자세로 유지되면서 프레스 성형을 행할 수 있다. 또한, 상형은 상부 모형에 대해 자유로운 상태로 유지되어 있으므로, 상부 모형이 고정되어 있는 프레스 장치의 하우징 등의 변위에 기인하는 편심 정밀도의 악화가 없고, 또한 성형체의 두께의 변화가 발생하는 경우가 없다.
따라서, 장치의 고온화나 원래의 장치 설계 공차 등에 기인하는 상하축의 어긋남이나 경사가 있는 경우라도, 프레스 성형 시에 상하형 및 몸통형 사이에 마찰이나 마모가 발생하지 않아, 편심이 매우 적은 고정밀도의 유리 성형체를 제조할 수 있다.
또한, 프레스 종료 시점에서, 몸통형이 하형에 대해 프레스 하중에 의해 상측으로부터 압박되도록 한 경우에는, 미리 하형과 몸통형의 직각도 등을 고정밀도로 마무리해 두면, 몸통형과 하형의 상대 위치가 변화되지 않아, 항상 안정적으로 편심 정밀도가 양호한 성형품을 얻을 수 있다.
또한, 복수 세트의 성형형에 의해 복수의 성형체를 동시에 프레스 성형하는 경우에 있어서, 성형형과 상형 압박 수단이 1대 1로 대응하도록 구성하면, 프레스 성형 중의 가압 속도, 하중의 크기, 압력 타이밍을 각 성형형에 대해 임의로 설정할 수 있다. 따라서, 각 성형형에 최적인 프레스 성형 조건을 설정하여, 편심 정밀도가 양호한 성형품을 동시 생산할 수 있다.
도 1의 몰드 프레스 성형 장치(1)를 사용하여, 한쪽 면이 비구면인 오목 메니스커스 렌즈(직경 12.8㎜, 중심 두께 2.0㎜)를 성형하였다. 성형용 유리 프리폼[유리 소재(PF)]은 전이점 온도(Tg)가 500℃, 굴복점 온도(Ts)가 540℃인 바륨붕규산염계 유리를 미리 양 볼록 곡면 형상으로 열간 성형한 것으로, 그 표면에 탄소계 막을 부착한 것을 사용하였다. 상형(2), 하형(3) 및 양자를 규제하는 원통 형상의 몸통형(4)으로 구성되어 있는 성형형은 탄화 규소(SiC)제이고, 상형(2)과 하형(3)의 성형면(2a, 3a)에는 탄소계 이형막을 실시하고 있다.
유리 프리폼을 610℃로 예열하여, 성형형(2, 3)의 예열 온도를 580℃로 하고, 예열된 유리 프리폼을 하형(3)의 성형면(3a)에 낙하 공급한 후, 즉시 하형(3)을, 위치 제어를 반복하면서 상승시켜 상형(2)에 근접시켰다.
하형(3)이 몸통형(4) 내에 삽입되고, 하부 모형(6)과 상부 모형(5)이 접촉한 시점에서 하형(3)의 상승을 정지하고, 상형 압박 수단(7)을 강하하여 상형(2)을 압박함으로써 유리 프리폼을 프레스 성형하였다. 프레스 개시로부터 약 수초 후, 상형 압박 수단(7)이 몸통형(4)의 상단부면(4g)에 접촉할 때까지 눌러 잘랐다.
상형 압박 수단(7)에 의해 몸통형(4)에 하중을 가한 상태에서 80℃/min으로 냉각하였다. 냉각의 과정에서 유리의 수축에 추종하여 상형(2)이 상형 압박 수 단(7)으로부터 이격되고, 상형 자중이 유리에 가하는 상태가 유지되었다. 성형형(2, 3, 4)의 온도가 480℃로 된 시점에서 하형(3)을 하강시켜 성형된 렌즈를 취출하였다.
이상과 같은 프레스 성형을 100회 반복하여, 얻어진 오목 메니스커스 렌즈 중에서 20개 샘플링하여, 각 렌즈의 틸트와 시프트를 측정하였다. 그 결과를 도 8에 나타내는 평가 그래프에 검은 원으로 나타내고 있다. 틸트는 평균 0.63분, 최대 1.1분이고, 시프트는 평균 2.8㎛, 최대 5.0㎛이고, 모두 고정밀도로 기준치를 만족시키고 있었다. 또한, 성형된 렌즈의 중심 두께는 예정 치수 2.0㎜에 대해 모두 ±10㎛ 이내에 있고, 기준치를 만족시키고 있었다.
[비교예]
특허 문헌 2의 성형 장치를 사용하여, 상기 실시예와 동일한 렌즈를 성형하였다. 성형부와 유리 소재의 온도 조건도 상기 실시예와 마찬가지로 하였다. 비교예에 의해 얻어진 100개의 오목 메니스커스 렌즈의 중에서 20개 샘플링하여, 각 렌즈의 틸트와 시프트를 측정하였다. 그 결과를 도 8의 평가 그래프에 검은 삼각으로 나타내고 있다. 틸트는 평균 1.61분, 최대 1.94분이고, 시프트는 평균 7.8㎛, 최대 11.2㎛이고, 모두 상기 실시예와 비교하여 틸트, 시프트 모두 정밀도가 악화되어 있었다. 또한, 중심 두께는 예정 치수 2.0㎜에 대해 모두 ±18㎛ 이내에 있어, 기준치를 만족시키고 있었지만, 상기 실시예와 비교하여 두께 정밀도도 떨어져 있었다.

Claims (14)

  1. 성형면을 갖는 상형 및 하형과, 이들 상형 및 하형을 삽입하여 양자의 축 어긋남을 규제하는 몸통형을 포함하는 성형형을 사용하여, 가열 연화된 유리 소재를 프레스 성형하는 유리 성형체의 제조 방법에 있어서,
    상부 모형에 의해 상기 몸통형을 지지하고, 이 몸통형 내에 삽입한 상기 상형을, 상기 상부 모형에 의해 프레스 축방향의 이동이 규제되지 않은 상태로 당해 몸통형에 의해 지지하고, 상기 상형을 프레스하기 위한 상형 압박 수단을 배치하여, 상기 상형과 동축 상태로 되도록 하부 모형에 의해 상기 하형을 지지해 두고,
    상기 유리 소재를 상기 하형의 성형면에 공급하고,
    상기 하부 모형을 상기 상부 모형에 대해 상대적으로 프레스 축방향으로 접근시키고, 당해 하부 모형에 지지되어 있는 상기 하형을 상기 몸통형 내에 삽입하여, 상기 몸통형의 몸통형측 접촉면을 상기 하형의 하형측 접촉면에 프레스 축방향으로부터 접촉시킨 상태를 형성하고,
    상기 하부 모형이 상기 상부 모형에 접촉하는 것에 의해 상기 하부 모형의 상기 상부 모형에 대한 상대적인 이동을 멈춘 후에, 상기 하부 모형 및 상기 상부 모형이 접촉한 상태로 상기 상형 압박 수단에 의해 상기 상형을 압박하여, 상기 유리 소재를 변형시켜 상기 상형 및 상기 하형의 각 성형면 형상에 대응하는 광학 기능면을 갖는 유리 광학 소자를 제조하는 것을 특징으로 하는, 유리 성형체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상형을 압박하는 공정의 종료 시점에 있어서, 상기 상형 압박 수단에 의해 상기 상형과 함께 상기 몸통형을 압박하여, 당해 몸통형을 상기 하형에 대해 프레스 축방향으로 압박한 상태를 형성하는 것을 특징으로 하는, 유리 성형체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 몸통형을 프레스 축방향을 따라서 상기 하형의 측으로 소정의 힘으로 압박한 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는, 유리 성형체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하형을 상기 몸통형에 삽입하는 공정에서는, 당해 하형의 성형면에 적재한 유리 소재에 의해 상기 상형이 상기 몸통형에 대해 프레스 축방향으로 밀어 올려지는 것을 특징으로 하는, 유리 성형체의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상형은 상기 몸통형의 단부를 압박 가능한 크기의 플랜지부를 갖고,
    상기 유리 소재를 적재한 상기 하형을 상기 몸통형에 삽입했을 때, 상기 플랜지부와 상기 몸통형의 단부가 이격된 상태가 형성되고,
    그 후, 상기 상형 압박 수단에 의해 상기 플랜지부를 압박하는 것을 특징으로 하는, 유리 성형체의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유리 소재를 상기 하형의 성형면에 공급하는 공정에서는,
    106 내지 1010d㎩ㆍs의 점도에 상당하는 온도로 가열한 상기 유리 소재를, 당해 유리 소재가 107 내지 1012d㎩ㆍs의 점도로 되는 온도에 상당하는 온도로 예열된 상기 하형 상에 공급하는 것을 특징으로 하는, 유리 성형체의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형형을 복수 세트 배치해 두고,
    각 성형형에 있어서의 상기 상형을 압박하는 공정에서는,
    각 성형형에 각각 배치한 개별의 상형 압박 수단을 사용하여 각 상형을 개별적으로 압박하는 것을 특징으로 하는, 유리 성형체의 제조 방법.
  8. 성형면을 갖는 상형 및 하형과, 이들 상형 및 하형을 삽입하여 양자의 축 어긋남을 규제하는 몸통형을 포함하는 성형형을 구비하고, 가열 연화된 유리 소재를 당해 성형형에 공급하여 프레스 성형하는 몰드 프레스 성형 장치에 있어서,
    상기 몸통형은, 상부 모형에 의해 지지되고,
    이 몸통형 내에 삽입한 상기 상형은 상기 상부 모형에 의해 프레스 축방향의 이동이 상기 상부 모형에 의해 규제되지 않도록 당해 몸통형에 의해 지지되고,
    상기 하형은, 상기 상형과 동축 상태로 되도록, 하부 모형에 의해 지지되고,
    상기 몸통형 및 상기 하형에는, 상기 하부 모형을 상기 상부 모형에 대해 프레스 축방향으로 상대적으로 접근시키면, 프레스 축방향으로부터 서로 접촉 가능한 몸통형측 접촉면 및 하형측 접촉면이 각각 형성되어 있고,
    상기 상형을 압박하기 위한 상형 압박 수단은, 상기 하부 모형이 상기 상부 모형에 접촉하는 것에 의해 상기 하부 모형의 상기 상부 모형에 대한 상대적인 이동이 정지하고, 상기 몸통형측 접촉면 및 상기 하형측 접촉면이 접촉한 후에, 상기 상형을 압박하는 것을 특징으로 하는, 몰드 프레스 성형 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 상형 압박 수단에 의해 압박되는 상기 상형의 단부면은 몸통형의 단부면과 동일 평면 상 혹은 상기 몸통형의 단부면보다도 낮은 위치에 위치하고 있고, 상기 몸통형에 유리 소재를 적재한 상기 하형을 삽입하면, 상기 하형의 성형면에 적재한 상기 유리 소재에 의해 상기 상형의 상기 단부면이 상기 몸통형의 상기 단부면보다도 프레스 축방향으로 압출된 상태가 형성되도록 되어 있고,
    상기 상형 압박 수단의 압박면은 상기 상형의 상기 단부면 및 상기 몸통형의 상기 단부면을 압박 가능한 크기의 평탄면인 것을 특징으로 하는, 몰드 프레스 성형 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 몸통형을 프레스 축방향을 따라서 상기 하형의 측으로 압박하고 있는 압박 수단이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 몰드 프레스 성형 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형형이 복수 세트 배치되고,
    각 성형형에 상기 상형 압박 수단이 각각 배치되고,
    각 상형 압박 수단에 의해 각 성형형의 상형이 개별로 압박되는 것을 특징으로 하는, 몰드 프레스 성형 장치.
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