KR20060106741A - 몰드 프레스장치, 및 몰드 프레스 성형품의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 몰드 프레스장치는, 복수의 처리부와, 각 처리부에 설치된 고정지지대(60)와, 성형소재를 수용한 성형 몰드를 포함하는 성형블록(50)을 이송하는 캐리어(71a, 71b)를 포함하고 상기 캐리어의 동작을 제어하는 이송장치(70)를 구비하며, 성형소재에 프레스 성형을 행하여 몰드 프레스 성형품을 제조하는 장치이다. 캐리어(71a, 71b)는, 고정지지대(60)에 지지된 성형블록(50)을 복수개 동시에 고정지지대(60)로부터 이격시키는 동시에, 다음의 처리부로 이송하여, 상기 처리부의 고정지지대(60)에 성형블록(50)을 배치한다.
Description
도 1은, 본 발명을 적용한 몰드 프레스장치의 일예를 나타낸 평면도이고,
도 2는, 본 발명에 관한 몰드 프레스장치에 있어서, 프레스 스테이지[press stage]에서 프레스처리를 행하기 직전의 상태를 나타낸 종단면도이고,
도 3은, 본 발명에 관한 몰드 프레스장치에 있어서, 프레스 스테이지 내에서 성형블록을 이송하고 있는 상태를 나타낸 종단면도이고,
도 4는, 본 발명에 관한 몰드 프레스장치에 조립된 이송장치의 동작을 나타낸 설명도이고,
도 5는, 본 발명에 관한 몰드 프레스장치에 조립된 위치 어긋남 방지기구의 설명도이다.
본 발명은, 유리 등의 성형소재를 프레스 성형하고, 광학소자 등의 성형품을 제조하기 위한 몰드 프레스[mold press]장치, 및 상기 장치를 이용하여 광학소자를 제조하는 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 성형소재를 올려놓은 성형블 록[block]을 복수의 처리부로 순차적으로 이송함으로써, 프레스 성형을 연속적으로 행하는 장치에서의 성형블록의 이송기술에 관한 것이다.
유리 등의 성형소재를 프레스 성형하고, 광학소자 등의 성형체를 제조하기 위한 몰드 프레스장치로서, 예컨대, 특허문헌 1(일본 특허공고공보 H7-29779호)에는 이하와 같은 유리 성형체의 제조장치가 제안되어 있다. 상기 제조장치에 있어서는, 가열실, 프레스실, 냉각실 등의 처리실이 원주방향으로 배치되어, 이들 처리실의 내부를, 성형소재가 넣어진 성형 몰드가 순차적으로 이송된다. 상기 제조장치에서는, 각 처리실이 로체(爐體) 내에서 케이스[case]에 의해 둘러싸여 있으며, 성형 몰드를 이송할 때, 회전 테이블[table]이 중앙의 회전축 주위로 간헐적으로 회전구동된다. 여기서, 성형 몰드를 올려놓은 시료(試料)대는, 회전 테이블 상에 구성되어 있으며, 회전 테이블의 회전구동에 따라 성형 몰드가 각 처리실로 순차적으로 이송되므로, 프레스 성형을 연속적으로 행할 수 있다.
한편, 특허문헌 2(일본 특허공고공보 H8-13687호)에는 이하와 같은 유리 렌즈 성형장치가 제안되어 있다. 상기 성형장치에 있어서는, 챔버[chamber] 내에 설치된 가대(架臺) 상에 가열블록, 변형블록, 냉각블록 등의 처리블록이 일렬로 배치되어 있다. 각 처리블록은 상부 블록과 하부 블록으로 구성된다. 챔버 외부로부터 내부를 향해, 성형소재가 장전되어 있는 성형 몰드를 수용한 성형블록을 누름봉으로 순차적으로 밀어넣는다. 챔버 내에서는, 빗살모양의 장대로 성형블록을 다음의 처리블록으로 미끄러뜨려 이동시킨다. 성형 몰드는 상부 몰드 및 하부 몰드, 그리고 몰드바디로 이루어진다.
또한, 특허문헌 3(일본 특허공개공보 H6-183753)에는 이하와 같은 광학소자 제조장치가 제안되어 있다. 상기 제조장치에 있어서는, 가열부, 성형부, 냉각부가 일련의 순환루트[route]에 배치되며, 여기에, 복수의 성형 몰드가 순차적으로 이송되어, 성형 몰드에 장전된 성형소재로 광학소자가 제조된다. 상기 제조장치에 있어서는, 성형소재와 성형 몰드를 가열부에서 동시에 병행이송하여, 프레스 압력을 가하기 전에 성형소재를 성형 몰드 안에 바꿔 옮기도록 구성되며, 성형 몰드를 올려놓은 팰릿[pallet]이 압출 실린더[cylinder] 또는 인출 실린더에 의해 각 공정으로 이송되도록 되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 제조장치에 따르면, 성형소재(예컨대 유리 예비성형물[glass preform])를 수용한 성형 몰드 세트를 복수개 준비하고, 제조장치 내에 순차적으로 도입하여, 제조장치 내에서 순차적으로 이송함으로써, 가열, 프레스, 냉각이란 처리가 실시되어, 성형체(예컨대 렌즈 등의 유리 광학소자)가 연속적으로 효율성 있게 얻어진다. 그런데, 상기 제조장치에서는, 회전 테이블 상에 놓인 성형 몰드가 회전에 의해 이송될 때 이송수단인 회전 테이블을 통해 프레스 동작이 행해지기 때문에, 회전 테이블 자체가 프레스 하중에 의해 휠 가능성이 있다. 이 때문에, 성형 몰드와 시료대가 정지한 시점에서 지지봉을 상승시켜 회전 테이블의 일부를 지지한다는 대책이 필요해진다. 또한, 프레스공정 수에 따라, 처리실(프레스실) 수가 증가하면 회전 테이블의 직경이 커진다. 따라서, 특허문헌 1에 기재된 제조장치가 대형화되어 버리는 문제점이 있다.
특허문헌 2에 기재된 성형장치에서는, 가대(架臺) 상에 동일한 피치[pitch] 로 배치된 처리블록에서의 하부 블록 상을 성형블록이 가이드 레일[guide rail]에 의해 가이드되면서 이송되어, 변형블록에서는 성형블록 내의 성형 몰드에 프레스 하중이 인가된다. 이러한 구성으로는, 성형블록은 가이드 레일 상을 미끄러지기 때문에, 마찰에 의한 진동이 성형 직후의 점도가 낮은 성형체의 면형상을 열화시킨다. 또한, 성형블록이 성형전의 성형소재를 내부에 포함한 상태에서 슬라이딩 이동할 때, 하부 몰드의 형상과 성형소재의 형상에 따라서는 성형소재의 위치가 기울 때가 있다. 위치가 기운 성형소재를 프레스하면, 성형체에 두께편차가 발생할 우려가 있다. 또한, 이송할 때, 성형 몰드와 가열·냉각블록의 접촉면적의 변화에 의해, 바람직하지 않은 온도변동이 발생할 우려도 있다.
특허문헌 3에 기재된 제조장치에서는, 레일상에 배열된 복수의 팰릿에 성형 몰드가 놓여져, 상기 팰릿을 압출 실린더나 인출 실린더에 의해 순차적으로 이송하고, 프레스부에서 팰릿 상의 성형 몰드를 가압하고 있다. 이때, 팰릿의 마찰진동에 의해 특허문헌 2의 성형장치와 동일한 문제가 발생한다. 게다가, 인접한 팰릿을 접촉시키면서 순차적으로 압출하고 있기 때문에, 각 성형 몰드의 정밀한 온도관리도 행할 수 없는 문제점이 있다.
여기서, 디지털카메라[digital camera] 등의 촬상기기나, 광 픽업[pickup], 휴대폰 단말용 소형 촬상기기 등에 이용되는 광학소자는, 그 광학적 요구성능이 매우 높다. 특히, 이러한 광학소자를 정밀 몰드 프레스에 의해 성형할 때에는, 성형 몰드내의 성형소재의 두께편차에 의한 면(面) 형상의 불량, 하중 불균일에 의한 면 정밀도 불량 등을 극력 배제할 필요가 있는 동시에, 성형의 각 공정에서의 온도관 리 및 진동대책이 정밀하게 행해질 필요가 있다.
이상의 문제점을 감안하여, 본 발명의 과제는, 성형 몰드의 이송중에 발생하는 성형 몰드의 진동을 방지하고, 또한 각 처리부에서의 온도관리를 적확하게 행할 수 있게 함으로써, 성형 정밀도의 향상을 도모할 수 있는 몰드 프레스장치, 및 몰드 프레스 성형품의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 성형소재를 수용한 성형 몰드를 포함하는 성형블록을 이송하면서 성형을 위한 처리를 실시함으로써 상기 성형소재에 프레스성형을 행하는 몰드 프레스장치로서, 상기 성형블록의 이송방향을 따라 직선적으로 배열된 복수의 처리부와, 상기 처리부의 각각에 설치되어 상기 성형블록을 탈부착 가능하게 지지하는 고정지지대와, 상기 고정지지대에 의해 지지된 상기 성형블록을 복수개 동시에 상기 고정지지대로부터 이격시키는 동시에, 다음의 처리부로 이송하고, 상기 처리부의 고정지지대에 상기 성형블록을 배치하는 캐리어[carrier]를 포함하여 상기 캐리어의 동작을 제어하는 이송장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
여기서, 「성형을 위한 처리」는, 가열처리, 프레스처리, 냉각처리를 포함한다.
본 발명에서는, 성형소재를 수용한 성형 몰드를 포함하는 성형블록을, 캐리어에 의해 고정지지대로부터 복수개 동시에 이격시켜 다음의 처리부로 이송하고, 상기 다음의 처리부의 고정지지대에 성형블록을 배치하여, 성형을 위한 처리를 실시하도록 구성하였기 때문에, 이송중의 성형블록의 진동을 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 성형블록 내에서 성형소재의 위치가 어긋나지 않으므로, 성형소재를 프레스 성형하였을 때에 두께편차에 의한 면형상의 불량, 하중 불균일에 의한 면 정밀도 불량 등의 발생을 방지할 수 있어, 고정밀도의 광학소자를 안정하게 생산할 수 있다. 또한, 상기 성형블록은 항상 소정의 고정지지대상에서 처리가 실시되기 때문에, 종래기술과 같이 지지봉을 상승시켜 이송수단을 지지하는 기구를 설치하지 않고도, 간이한 구성으로 안정된 프레스 성형을 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 이송장치는, 상기 캐리어가 상승, 전진, 하강, 후퇴의 동작을 1 사이클[cycle]로 하는 이동을 반복함으로써, 상기 캐리어에 의해 복수의 성형블록을 복수개 동시에 하방으로부터 상승시켜 상기 복수의 성형블록을 상기 이송방향을 따라 1 스텝[step]씩 직선적으로 이송하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 「캐리어의 상승, 전진, 하강, 후퇴의 동작」이란, 상승, 전진, 하강, 후퇴의 동작을 각각 독립적으로 행하는 경우의 외, 예컨대, 상승하면서 전진하는 경우, 혹은 하강하면서 후퇴하는 경우 등을 포함하며, 캐리어의 이동궤적이 타원, 장원(長圓) 또는 진원(眞圓)인 경우도 포함한다.
상승, 전진, 하강, 후퇴를 1 사이클로 하는 캐리어의 이동은, 이들의 일련의 동작을 행한 후에 소정의 정지시간을 갖는, 일정시간 주기로의 간헐적인 동작인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 이러한 구성에 의해, 이송중의 성형블록의 진동을 최소한으로 억제할 수 있는 동시에, 성형블록이 이송중 캐리어와 접촉할 뿐이기 때문에, 장치 내에서 어느 장소를 이송될 때도 상호의 접촉면적이 일정하게 되고, 성형블록은 장치 내에서 어느 장소를 이송될 때도 동등한 온도변화를 받아, 각 처리부에서의 온도관리를 적확하게 행할 수 있다. 따라서, 프레스 성형품의 성형 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 처리부에는 캐리어의 동작을 가능하게 하는 스페이스[space]를 확보하면 되므로, 불필요한 스페이스를 삭감할 수 있어, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 성형블록은 성형 몰드 및 상기 성형 몰드가 놓인 시료(試料)대를 구비하며, 상기 캐리어는 상기 시료대의 바닥면에 맞닿아 상기 성형블록을 이송하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성하면, 상기 캐리어는 상기 시료대의 바닥면에 맞닿아 상기 성형블록을 이송하게 된다. 따라서, 캐리어가 성형 몰드에 직접 접할 일이 없으므로, 상호의 온도간섭을 피할 수 있다. 따라서, 각 처리부에서의 온도관리를 적확하게 행할 수 있어, 이에 따라 장치의 콤팩트화[compactify], 및 광학소자의 정밀도의 안정화를 도모할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 처리부로서, 상기 성형블록을 소정온도로 가열하는 가열수단을 갖는 제 1 라인에 배열된 복수의 처리부와, 상기 성형블록을 냉각하는 냉각수단을 갖는 제 2 라인에 배열된 복수의 처리부를 갖는 것을 특징으로 한다. 이렇게 구성하면, 가열처리가 실시되는 제 1 라인과 냉각처리가 실시되는 제 2 라인을 나누어 구성할 수 있으며, 양 라인의 상호의 열적 영향을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 라인과 제 2 라인은 거의 평행하게 배치하여 각각의 양단을 중계라인으로 접속함으로써, 원활한 이송동작을 행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 캐리어는, 상기 성형블록의 바닥면 중 상기 성형 몰드의 중심축선으로부터 벗어난 위치에 맞닿아 상기 성형블록을 상승시키는 것이 바람직하다. 즉, 성형 몰드의 중심축선은 프레스 성형시에 하중을 받는 위치로 되기 때문에, 이렇게 구성하면, 성형블록에 있어서 성형 하중을 받는 부위와 위치적인 간섭을 하지 않고 성형블록의 이송을 행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 캐리어와 상기 성형블록 사이에는, 상기 캐리어 상에서 상기 성형블록의 위치가 어긋나는 것을 방지하는 위치 어긋남 방지수단이 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 위치 어긋남 방지수단으로서는, 상기 캐리어와 상기 성형블록 사이에 작용하는 자기 흡인력 및 마찰력 중 적어도 한쪽을 이용하는 구성이 바람직하다. 이렇게 구성하면, 구동개시부터 프레스 회수를 거듭함에 따라, 캐리어나 성형블록이 열변형하였을 때, 기계적인 끼움 결합이면 기능하지 않을 우려가 있으나, 자기 흡인이나 마찰력이면 계속 기능하는 이점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이송장치는, 상기 캐리어가 상승동작을 행한 후 전진동작을 행하도록 구성되며, 상기 상승동작 및 상기 전진동작 중 적어도 한쪽에서는, 동작 개시시 및 동작 종료 직전 중 적어도 한쪽의 속도가, 동작의 개시부터 종료의 중간기간에 있어서의 속도보다 늦게 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 구성하면, 성형블록에 큰 가속도를 작용시키지 않고도, 성형블록을 이송할 수 있으므로, 성형블록 및 성형소재의 진동을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 성형 품의 면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관한 몰드 프레스장치를 이용하여 상기 성형소재에 프레스 성형한 몰드 프레스 성형품은, 성형 몰드의 이송중에 진동이 발생하지 않으므로, 치수나 형상의 정밀도가 높다. 또한, 각 처리부에서의 온도관리를 적확하게 행할 수 있으므로, 그 점에서도 치수나 형상의 정밀도가 높다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
(전체구성)
도 1은, 본 발명을 적용한 몰드 프레스장치의 일례를 나타낸 평면도이다. 도 1에 있어서, 몰드 프레스장치(1)는, 장치 하우징(9) 내에 프레스 스테이지(14a, 14b, 14c) 등의 복수의 처리부가 구성된 본체부(2)와, 본체부(2)에 대해 외부에 인접하는 금형 분해조립부(3)로 대략 구성되어 있다. 장치 하우징(9)의 내부는, 비산화성 가스의 분위기하에 있다. 여기서, 금형 분해조립부(3)는, 성형 몰드의 분해·조립, 성형 몰드로의 성형소재의 공급을 행하는 영역이다.
본체부(2)는, 도면의 하측에 있어서 3개의 급열(急熱) 스테이지(12a, 12b, 12c), 균열(均熱)스테이지(13), 및 3개의 프레스스테이지(14a, 14b, 14c)가 이 순서대로 직선적으로 배치된 제 1 라인(10)과, 도면에 상측에 있어서 2개의 급냉스테이지(21a, 21b), 배출스테이지(22), 예비가열스테이지(23), 및 공급스테이지(24)가 이 순서대로 직선적으로 배치된 제 2 라인(20)을 갖고 있다. 본체부(2)는 또한, 제 2 라인(20)의 공급스테이지(24)와 제 1 라인(10)의 인[in]측 스테이지(11)를 볼나사[ball screw]를 구비한 이송기구(31)에 의해 중계하는 제 1 중계라인(30)과, 제 1 라인(20)의 아웃[out]측 스테이지(15)와 제 2 라인(20)의 급냉스테이지(21a, 21b)를 볼나사를 구비한 이송기구(41)에 의해 중계하는 제 2 중계라인(40)을 갖고 있다.
여기서, 급냉처리나 균열처리를 포함하는 가열처리 및 프레스처리가 실시되는 제 1 라인(10)에는, 성형블록(50)을 양측으로부터 끼우도록 가열부(8)가 설치되어 있다. 가열부(8)는 성형블록(50)을 프레스 성형에 적합한 소정온도로 가열한다.
한편, 냉각처리, 성형블록의 배출처리, 공급처리가 실시되는 제 2 라인(20)에는, 성형블록(50)을 냉각하는 냉각부(도시생략)가 설치되어 있다.
또한, 각 스테이지의 사이는, 인접실의 온도 영향을 억지하기 위해, 셔터[shutter](도시생략) 등에 의해 구획되어 있다.
이렇게 구성한 몰드 프레스장치(1)에 있어서, 각 라인은 도면에서 우측으로 회전하여 동작한다. 후술하는 성형블록(50)은, 우선, 금형 분해조립부(3)로부터 공급스테이지(24)에 공급된 후, 인측 스테이지(11)를 경유하고, 제 1 라인(10)의 3개의 급열스테이지(12a, 12b, 12c), 균열스테이지(13), 3개의 프레스스테이지(14a, 14b, 14c)로 이 순서대로 이송되어, 그동안에 가열처리, 균열처리, 프레스처리가 실시된다. 또한, 프레스처리가 실시된 성형블록(50)은 아웃측 스테이지(15)를 경유하고, 제 2 라인(20)의 급냉스테이지(21a, 21b)로 이송되어, 거기서 냉각부에 의해 소정온도 이하로 냉각처리된 후, 배출스테이지(22)로부터 금형 분해조립부(3)로 이송된다.
(처리부의 구성)
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 관한 몰드 프레스장치(1)의 처리부(혹은 처리실)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는, 성형소재를 수용한 성형 몰드(51) 및 시료대(55)로 이루어진 성형블록(50)이 프레스스테이지(14a)(14b, 14c)에서 정지하고, 프레스처리를 행하기 직전의 상태를 나타낸 종단면도이다. 도 3은, 프레스스테이지(14a)(14b, 14c)에서 성형소재가 성형 몰드(51)에 의해 프레스처리된 후, 다음의 스테이지로 성형블록(50)을 이송하고 있는 상태를 나타낸 종단면도이다. 또한, 도 2 및 도 3에 있어서, 제 2 라인(20)에 대해서는 도시를 생략하였다.
또 2 및 도 3에 있어서, 프레스스테이지(14a)(14b, 14c)에는, 고정지지대(60)가 직립한 자세로 배치되어 있다. 고정지지대(60)의 상면에는, 성형 몰드(51) 및 상기 성형 몰드(51)가 놓인 시료대(55)로 이루어진 성형블록(50)이 유지되어 있다. 성형 몰드(51)는 하부 몰드, 상부 몰드 및 몰드바디로 이루어진다. 시료대(55)는, 예컨대 직사각형상의 베이스[base]부분과, 상기 베이스부분의 중앙에서 직립하는 축부를 구비하며, 상기 축부의 상단부분에서 성형 몰드(51)를 지지하고 있다. 여기서, 고정지지대(60)의 상면에는 위치결정 돌기(63)가 형성되어 있는 한편, 성형블록(50)의 하면(시료대(55)의 하면)에는 위치결정 구멍(58)이 형성되어 있다. 고정지지대(60)의 위치결정 돌기(63)가 성형블록(50)의 위치결정 구멍(58)에 끼워짐으로써, 성형블록(50)은 고정지지대(60)의 상면에 지지된다. 성형 몰드(51)의 하부 몰드와 상부 몰드 사이에는, 유리 예비성형물 등의 성형소재가 유지되어 있다. 상기 성형소재는, 프레스 헤드[press head](140)가 하강하여 상부 몰드 를 가압함으로써 프레스 성형된다. 성형 몰드(51)는, 가열용 히터(8)를 포함하는 프레스실내에서 열효율이 제일 좋은 높이 위치에 유지되어 있다. 또한, 프레스스테이지(14a)(14b, 14c)의 내면에는, 히터[heater](8)로부터 발생된 열에너지[energy]를 반사하여, 상기 열에너지를 효율적으로 성형 몰드(51)에 부여하는 리플렉터[reflector] 등(도시생략)이 배치되어 있다. 또한, 프레스실은 그 열용량을 작게 할 목적으로, 내부 용적이 가능한 한 작아지는 구조로 되어 있다.
여기서, 고정지지대(60)는 프레스스테이지(14a, 14b, 14c)뿐만이 아니라 모든 처리부에 배치되어, 어느 처리부에 있어서도 고정지지대(60)의 상면에 성형블록(50)이 놓인다. 제 1 라인(10)에서는, 각 스테이지가 동일한 피치로 구성되어 있으므로, 고정지지대(60)도 동일한 피치로 배치되어 있다. 또한, 제 2 라인(20)에서도, 각 스테이지는 동일한 피치로 구성되어 있으므로, 고정지지대(60)도 동일한 피치로 배치되어 있다. 제 1 라인(10)에서의 각 스테이지의 동일한 피치와, 제 2 라인에서의 각 스테이지의 동일한 피치는 동일하여도 되지만, 본 형태에서는 다른 피치로 설정되어 있다. 각 스테이지의 사이에는, 이상발생시 성형블록(50)을 각 처리부로부터 퇴피시키는 에리어[area]를 설치하여도 되고, 어느 경우에도, 성형블록(50)의 정지위치는 동일한 피치로 설정된다.
(광학소자의 제조방법)
도 1 ~ 도 3을 참조하여, 상기와 같이 구성한 몰드 프레스장치(1)에 있어서, 렌즈 등의 광학소자를 제조하는 방법에 대해 설명한다. 몰드 프레스장치(1)에서 이용하는 성형소재에 특별히 제한은 없지만, 유리 예비성형물 등의 유리소재를 성 형소재로서 이용할 수 있다. 이러한 성형소재는, 용융상태에서 받이몰드 상에 떨어뜨리거나 흘려 내림으로써, 구형상, 또는 양쪽이 볼록한 곡면[biconvex]형상, 또는 평면과 볼록면을 갖는 형상 등으로 예비성형(열간성형)할 수 있다. 특히, 양쪽이 볼록한 곡면형상인 것이 바람직하다.
(a)유리소재 공급 ~ 성형 몰드의 조립공정
본 실시예의 몰드 프레스 성형장치(1)에 있어서는, 금형 분해조립부(3)에서는, 상하 몰드가 이격된 상태에서, 구형상 또는 양쪽이 볼록한 곡면형상으로 예비성형된 유리소재가 이하와 같이 공급된다. 즉, 하부 몰드가 통형상의 몰드바디로부터 빼내어져, 노출된 하부 몰드의 성형면 상에, 흡착패드[pad]가 달린 이송아암[arm]에 의해 이송된 유리소재가 공급된다. 흡착패드가 소정위치로 도달하고, 올림대(載置臺)에 놓인 하부 몰드의 성형면에 대해 소정범위 내의 위치 정밀도의 위치에서, 유리소재의 흡착을 해제함으로써 유리소재는 하부 몰드의 성형면 상에 놓여진다. 이송아암은 즉시 퇴피한다. 하부 몰드에 유리소재가 공급된 후, 상부 몰드를 상부에 삽입하여 끼운 몰드바디의 하부에 하부 몰드가 조립된다. 몰드바디와 상부 몰드 및 하부 몰드의 반경 방향의 클리어런스[clearance]는 약 5㎛이하로 된다.
(b)가열공정
유리소재가 수용된 성형 몰드(51)는, 공급스테이지(24)에 있어서 시료대(55)상에 탑재되어, 성형블록(50)으로서 급열스테이지(12a, 12b, 12c) 및 균열스테이지(13)로 순차적으로 이송된다. 그동안에, 성형블록(50)을 온도상승시켜, 성형소재 및 성형 몰드(51)를 프레스 성형에 적합한 온도(예컨대, 106 ~ 109포아즈[poises]의 점도(粘度) 상당)로 한다. 가열방법은 저항 가열에 의한 히터, 고주파 유도코일[coil] 등, 특별히 제약은 없다.
(c)프레스공정
적온(適溫)이 된 성형 몰드(51)를 프레스스테이지(14a)(14b, 14c)로 이송한 후, 성형 몰드(51)의 상방으로부터 프레스 헤드(140)에 의해 소정압력(30 ~ 200kg/㎠)으로 소정시간(수십초 ~ 수분) 가압한다. 프레스 헤드(140)의 하면이 몰드바디의 상면에 맞닿은 시점에서 성형품의 두께가 규정되고, 그 후 프레스 헤드(140)를 상승시켜 압력을 해제하고 성형 몰드(51)를 냉각부로 이송한다. 또한, 프레스공정은 도시한 프레스스테이지(14a, 14b, 14c)를 적당하게 이용하여, 각 단계에서 행하는 것이 가능하다. 예컨대, 프레스스테이지(14a)에서 성형소재가 소정두께로 될 때까지 가압하고, 이어서 프레스스테이지(14b)에서 프레스스테이지(14a)보다 저온(예컨대 유리점도로, 109 ~ 1013포아즈 점도상당)하에서 가압할 수 있다. 또한, 프레스스테이지(14b)와 동등한 온도 범위 내에서, 프레스스테이지(14a)보다 저온으로 제어한 프레스스테이지(14c)에서 3단계째의 프레스를 행하여도 된다.
(d)냉각공정
급냉스테이지(21a, 21b)에서는 급냉실 내에서 냉각용 가스에 의한 급냉을 행한다. 이때, 유리소재(성형소재)가 수축되지만, 상부 몰드가 자중(自重)에 의해 유리수축에 추종하여 하강하기 때문에, 양호한 형상 정밀도가 얻어진다. 상부 몰 드가 유리수축에 추종하여 하강할 수 있도록 하기 위해, 상부 몰드는 그 상부에 플랜지[flange]부를 가지고, 몰드바디의 상단에는 플랜지부를 수용하기 위한 계단부(오목부)를 가진다. 그리고, 몰드바디의 상단 계단부의 깊이를 상부 몰드의 상부 플랜지부의 두께보다 크게 설정해 둠으로써, 상부 몰드의 상면이 몰드바디의 상면과 동일면이 된 시점(도 2에 나타낸 프레스 헤드(140)에 의해 최대한 가압하였을 때)부터, 더욱 상부 몰드가 자중에 의해 하강할 수 있도록 되어 있다.
(e)몰드의 분해
성형 몰드(51)는 배출스테이지(22)를 경유하고 본체부(2)로부터 금형 분해조립부(3)로 이송되어, 여기서 성형 몰드(51)의 분해, 성형품의 취출이 실시된다. 또한, 여기까지 성형 몰드(51)가 놓여져 있던 시료대(55)는, 제 2 라인(20)을 따라 도면 우측으로 이송되고 예비가열스테이지(23)에서 예비가열된 후, 공급스테이지(24)로 이송된다.
(f)광학소자(성형품)의 취출
이격시킨 상하 몰드 사이에 이송아암을 삽입하고, 선단의 흡착패드에 의해 성형품을 흡인하여 취출한다. 그 후, 새로운 사이클이 반복된다.
또한, 일련의 처리공정(가열, 성형, 냉각 등)에 있어서, 예정외의 트러블[trouble](설정 처리시간의 초과 등)이 발생한 경우에는, 가령 가열히터의 전원공급을 정지하였다 하더라도 그 예열에 의해 가열이 유지되기 때문에, 가열부에 위치하는 성형 몰드(51) 내부의 유리소재가 연화되어 몰드의 성형면에 융착해 버려, 성형면에 악영향을 줄 우려가 있다. 이 때문에, 공정 트러블이 발생한 경우는, 성형 블록(50)은 각 처리부의 중간위치(셔터가 있는 위치)로 퇴피하여 정지하도록 프로그램[program]하여도 된다.
(이송장치의 구성)
이상과 같이 구성한 몰드 프레스장치(1)의 제 1 라인(10)에는, 도 2 및 도 3을 참조하여 이하에 설명하는 이송장치(70)가 조립되어 있다. 또한, 제 2 라인(20)에도 이송장치가 조립되어 있지만, 제 2 라인(20)에서의 이송장치의 기본적 구성은 제 1 라인(10)에서의 이송장치(70)와 동일하기 때문에, 제 1 라인(10)의 이송장치(70)만 설명한다.
도 2 및 도 3에 있어서, 이송장치(70)는, 고정지지대(60)의 양쪽에 있어서 장치 하우징(9)에 고정된 통체(筒體)(91a, 91b)의 내측을 상하이동 가능하게 관통하는 한 쌍의 승강축(72a, 72b)과, 승강축(72a, 72b)의 상면에 수평으로 유지된 플레이트[plate](73)와, 상기 플레이트(73) 상에 평행하게 고정된 가이드레일(73a, 73b)을 갖고 있다. 이송장치(70)는 또한, 각 가이드 레일(73a, 73b) 상을 동시에 슬라이딩이동 가능한 한 쌍의 슬라이더[slider](75a, 75b)와, 상기 슬라이더(75a, 75b)의 각각 상면에 고정된 2개의 직선형상의 캐리어(71a, 71b)를 갖는다. 2개의 캐리어(71a, 71b)는, 시료대(55)의 바닥면과 공극을 두고 고정지지대(60)의 양쪽에 평행배치되며, 또한 성형블록(50)의 이송방향으로 직선적으로 연장되어 있다.
따라서, 성형블록(50)을 이송함에 있어서, 도 3에 나타낸 바와 같이 캐리어(71a, 71b)가 성형블록(50)을 상승시켰을 때, 캐리어(71a, 71b)는 성형블록(50)의 바닥면 중, 성형 몰드의 중심축선으로부터 벗어난 위치에 맞닿아 성형블록(50)을 상승시킨다. 성형 몰드의 중심축선으로부터 벗어난 위치란, 본 실시예에서는 성형 몰드(51)가 탑재되어 있는 위치로부터 벗어난 위치이다.
또한, 이송장치(70)는, 캐리어(71a, 71b)에 대한 승강 구동장치(70a)로서, 모터[motor]장치(76)와, 모터장치(76)의 출력축에 연결된 캠[cam]부재(74)와, 캠부재(74)의 캠면을 슬라이딩 이동하는 롤러[roller](96)를 구비하고 있다. 롤러(96)는 승강축(72a, 72b)의 하단부를 연결하는 연결부재(77)의 하면에 부착되어 있다. 따라서, 캠부재(74)가 모터장치(76)에 의해 전진(도면 좌측으로 이동)하면, 승강축(72a, 72b), 플레이트(73) 및 슬라이더(75a, 75b)가 상승하므로, 2개의 캐리어(71a, 71b)는 동시에 상승한다.
도 3에 있어서, 승강축(72a, 72b)은 최대한 상승한 상태에 있다. 이에 대해, 캠부재(74)가 모터장치(76)에 의해 후퇴하면, 승강축(72a, 72b), 플레이트(73) 및 슬라이더(75a, 75b)가 하강하므로, 2개의 캐리어(71a, 71b)는 동시에 하강한다. 여기서, 캠부재(74)의 캠면은 중간 경사면보다 시작점 근방 및 종점 근방의 면의 경사가 완만하게 형성되어 있다. 이 때문에, 캐리어(71a, 71b)가 상승·하강하는 시동 직후 및 정지 직전의 속도는, 그 중간시의 속도보다 늦어지도록 기계적으로 제어된다. 또한, 캐리어(71a, 71b)의 상승량은, 고정지지대(60)의 위치결정 돌기(63)로부터 시료대(55)의 위치결정 구멍(58)이 벗어나는 정도의 값이면 된다.
또한, 이송장치(70)는, 캐리어(71a, 71b)에 대한 수평구동장치(70b)로서 모터장치(78)와, 모터장치(78)의 출력축에 볼나사 등에 의한 이송기구를 통해 연결된 플레이트(79)를 갖는다. 플레이트(79)에 형성된 세로로 긴(縱長) 슬릿[slit]에는, 2개의 슬라이더(75a, 75b)로부터 돌출된 축부(軸部)가 끼워져 있다. 따라서, 승강구동장치(70a)에 의해 슬라이더(75a, 75b)가 승강하였을 때, 상기 축부가 슬릿 내부를 상하로 이동한다. 또한, 모터장치(78)의 출력축이 전진방향(도 1의 좌측을 향하는 방향)으로 회전하면, 이 동작은 플레이트(79) 및 축부를 통해 슬라이더(75a, 75b)로 전달되므로, 슬라이더(75a, 75b) 및 캐리어(71a, 71b)는 상승한 위치에서 전진하는 것이 가능하다. 또한, 모터장치(78)의 출력축이 후퇴방향(도 1의 우측을 향하는 방향)으로 회전하면, 이 동작은 플레이트(79) 및 축부를 통해 슬라이더(75a, 75b)로 전달되므로, 슬라이더(75a, 75b) 및 캐리어(71a, 71b)는 하강한 위치에서 후퇴하는 것이 가능하다.
(이동동작)
다음으로, 도 4(a) ~ 도 4(e)를 기초로 하여, 이송장치(70)의 동작에 대해 설명한다. 도 4(a) ~ 도 4(e)는, 처리부에서의 처리(예컨대, 프레스공정)가 종료된 직후의 성형블록(50), 고정지지대(60) 및 캐리어(71a, 71b)의 위치관계를 측면으로부터 보고 모식적으로 나타낸 설명도이다. 또한, 도 4(a) ~ 도 4(e)에는, 복수의 성형블록(50)과 복수의 고정지지대(60)의 위치관계를 알 수 있도록, 복수의 성형블록(50)에는 (1), (2), (3)의 부호를 부여하고, 고정지지대(60)에는 (A), (B), (C)의 부호를 부여하였다.
우선, 도 4(a)에 나타낸 처리가 종료된 시점에서, 캐리어(71a)(71b)는, 성형블록(50)의 하면보다 약간 하방위치에 있다. 이 상태에서, 이송장치(70)의 승강구동장치(70a)가 작동하고, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 2개의 캐리어(71a)(71b)가 상승하면, 캐리어(71a)(71b)는 복수의 성형블록(50)을 하방으로부터 일제히 상승시켜 고정지지대(60)로부터 이격시킨다. 이때, 상술한 바와 같이, 상승 개시시 및 승강 종료시의 이동속도는 그 중간속도보다 늦어지도록, 캠부재(74)(도 2)의 캠면에 의해 제어된다. 또한, 도 4(a) ~ 도 4(e)에 있어서, 캐리어(71a)(71b)의 상승량은 도면이 번잡해지는 것을 피하기 위해 필요 이상으로 과장하여 나타내었다.
다음으로, 도 4(c), 도 4(d)에 나타낸 바와 같이, 이송장치(70)의 수평구동장치(70b)가 작동하여, 캐리어(71a)(71b)는 복수의 성형블록(50)을 인접하는 고정지지대(60) 위까지 이송한다. 이때, 이송 개시시 직후 및 이송 정지 직전의 이송속도가 그 중간속도보다 늦어지도록, 수평구동장치(70b)의 모터장치(78)(도 2)에 의해 제어된다. 이러한 전진을 행할 때, 도 2에서 설명한 바와 같이, 슬라이더(75a, 75b)는 가이드레일(73a, 73b)을 따라 이동한다.
다음으로, 도 4(d)에 나타낸 상태에서, 이송장치(70)의 승강구동장치(70a)가 작동하여, 2개의 캐리어(71a)(71b)가 하강하고, 복수의 성형블록(50)을 일제히 고정지지대(60)상에 올려놓는다. 복수의 성형블록(50)을 고정지지대(60)상에 올려놓을 때도, 하강 개시시 및 하강 종료 직전의 이동속도가 그 중간속도보다 늦어지도록 캠부재(74)(도 2)의 캠면에 의해 제어된다. 그리고, 캐리어(71a)(71b)는, 도 4(e)에 나타낸 위치보다 약간 하방위치(일점 쇄선으로 나타낸 위치)까지 하강한다.
다음으로, 이송장치(70)의 수평구동장치(70b)가 작동하고, 캐리어(71a)(71b)는 도 4(a)에 나타낸 위치까지 후퇴하여, 원점위치로 되돌아간다.
이상의 상승동작, 전진동작, 하강동작 및 후퇴동작을 순차적으로 반복함으로 써, 복수의 성형블록은 순차적으로 1 스텝씩 이송되게 된다.
(본 실시예의 주된 효과)
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 몰드 프레스장치(1)에서의 이송장치(70)에 있어서는, 캐리어(71a, 71b)가 상승, 전진, 하강, 후퇴를 1사이클로 하는 이동을 반복함으로써, 캐리어(71a, 71b)에 의해 복수의 성형블록(50)을 동시에 상승시키고, 이어서 이송방향을 따라 1 스텝씩 직선적으로 간헐이송한다. 이 때문에, 이송중의 성형블록(50)의 진동을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 성형블록(50)위(성형 몰드(51) 내)에서 성형소재의 위치가 어긋나지 않으므로, 성형소재의 두께편차에 의한 면형상의 불량, 하중 불균일에 의한 면 정밀도 불량 등의 발생을 방지할 수 있어, 고정밀도의 광학 소자를 안정하게 생산할 수 있다.
또한, 성형블록(50)은, 이송중 캐리어(71a, 71b)와 접촉할 뿐이므로, 어느 장소에서 이송될 때도 상호의 접촉면적이 일정하다. 따라서, 성형블록(50)은 어느 장소에서 이송될 때도 동등한 온도변화를 받을 뿐이므로, 각 처리부에서의 온도관리를 적확하게 실시할 수 있다. 그러므로, 성형 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 처리부에는 캐리어(71a, 71b)의 동작을 가능하게 하는 스페이스를 확보하면 되므로, 불필요한 스페이스를 삭감할 수 있어, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 성형블록(50)은 시료대(55) 및 성형 몰드(51)를 구비하며, 캐리어(71a, 71b)는 시료대(55)의 바닥면에 맞닿아 성형블록(50)을 이송하기 때문에, 캐리어(71a, 71b)가 성형 몰드(51)에 직접 접하지 않으므로, 상호의 온도간섭을 피할 수 있다. 따라서, 각 처리부에서의 온도관리를 적확하게 행할 수 있어, 따라서, 장치의 콤팩트화 및 광학소자의 정밀도의 안정화를 도모할 수 있다.
또한, 캐리어(71a, 71b)는, 성형블록(50)의 바닥면 중 그 중심축선으로부터 벗어난 위치에 맞닿아 성형블록(50)을 상승시키기 때문에, 성형블록(50)에 있어서, 성형하중을 받는 부위와 위치적인 간섭을 하지 않고 성형블록(50)의 이송을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 이송장치(70)는 캐리어(71a, 71b)가 상승동작을 행한 후 전진동작을 행하도록 구성되며, 상승동작, 전진동작, 및 하강동작의 어느 동작에 있어서도, 동작 개시시 및 동작 종료 직전에서의 속도가 각 동작의 개시부터 종료까지의 중간기간에서의 속도보다 늦게 설정되어 있다. 이 때문에, 성형블록(50) 및 성형소재의 진동을 최소한으로 억제할 수 있다.
[다른 실시예]
본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다. 캐리어(71a, 71b)와 성형블록(50) 사이에는, 캐리어(71a, 71b) 상에서 성형블록(50)의 위치가 어긋나는 것을 방지하는 위치 어긋남 방지기구가 조립되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 위치 어긋남 방지기구로서는, 예컨대, 자기흡인력을 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 캐리어(71a, 71b)에서의 성형블록(50)을 유지하는 부위에, 성형블록(50)이 유동가능하게 끼워지는 오목부(71c)를 형성하고, 상기 오목부(71c)내에 영구자석(71d)을 배치한다. 또한, 성형블록(50)에 있어서, 시료대(55)는, 스테인리스강[stainless steel] 등의 자성재로 구성한다. 이와 같이 구성하면, 성형블록(50)은 캐리어(71a, 71b)에 확실하게 탑재 및 유지되어, 이송중에 위치가 어긋나지 않는다.
또한, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 영구자석(71d)은 성형블록(50)(시료대(55)의 대(臺)(55-1)) 쪽에 설치하여도 된다. 캐리어(71a, 71b)의 오목부(71c)는, 캐리어(71a, 71b)가 열팽창된 경우를 고려하여, 성형블록(50)의 올림면보다 여유를 갖고 약간 크게 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 자기력을 이용한 위치 어긋남 방지기구라면, 기계적인 위치 어긋남 방지기구와 달리, 캐리어(71a, 71b)에 의해 성형블록(50)을 고정지지대로부터 용이하게 상승시킬 수 있다. 또한 구동개시부터 프레스횟수를 거듭함에 따라 캐리어(71a, 71b)나 성형블록(50)이 열변형하였을 때, 기계적인 끼움 결합이면 기능하지 않게 될 우려가 있으나, 자기흡인력이면 위치 어긋남 방지기능을 계속 발휘한다는 이점이 있다.
또한, 도 5(a)에 나타낸 예에서는 시료대(55)가 영구자석(71d)에 접하는 구성으로 되어 있다. 이에 대해, 오목부(71c)를 작게 하여, 시료대(55)와 영구자석(71d)이 비접촉상태인 채 자기적 흡인력에 의해 캐리어(71a, 71b) 상에서의 성형블록(50)의 위치가 어긋나는 것을 방지하는 구성을 채용하여도 된다.
또한, 캐리어(71a, 71b) 상에서 성형블록(50)의 위치가 어긋나는 것을 방지하는 위치 어긋남 방지기구로서는, 성형블록(50)의 바닥면 및 캐리어(71a, 71b) 에서의 성형블록(50)을 유지하는 부위 중 적어도 한쪽에 조면화 등의 처리를 실시함으로써, 마찰저항을 높여도 된다. 또한, 그 마찰력을 이용한 위치 어긋남 방지를 상기 자기적 흡인력에 의한 위치 어긋남 방지기구와 조합하여도 된다.
또한 상기 실시예에서는, 캐리어(71a, 71b)가 상승, 전진, 하강, 후퇴의 동작을 독립적으로 행하였지만, 예컨대 상승하면서 전진하는 동작, 혹은 하강하면서 후퇴하는 동작을 향하여도 된다. 또한, 캐리어(71a, 71b)의 이동궤적은 직사각형이었지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대, 타원, 장원 또는 진원이어도 된다.
본 발명에서는, 캐리어가 상승, 전진, 하강, 후퇴의 동작을 반복함으로써, 복수의 성형블록을 동시에 상승시켜 이송하기 때문에, 이송중의 성형블록의 진동을 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 성형블록 상에서 성형소재의 위치가 어긋나지 않으므로, 성형소재의 두께편차에 의한 면형상의 불량, 하중 불균일에 의한 면 정밀도 불량 등의 발생을 방지할 수 있어, 형상 정밀도, 면 정밀도가 높은 광학소자 등의 성형품을 안정하게 생산할 수 있다. 또한, 성형블록은 이송중 캐리어와 접촉될 뿐이므로, 어느 위치를 이송될 때도 상호의 접촉면적이 일정하다. 따라서, 성형블록은 어느 위치를 이송될 때도 동등한 온도변화를 받을 뿐이므로, 각 처리부에서의 온도관리를 적확하게 행할 수 있다. 따라서, 성형 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
Claims (8)
- 성형소재를 수용한 성형 몰드를 포함하는 성형블록을 이송하면서 성형을 위한 처리를 실시함으로써 상기 성형소재에 프레스성형을 행하는 몰드 프레스장치로서,상기 성형블록의 이송방향을 따라 직선적으로 배열된 복수의 처리부와,상기 처리부의 각각에 설치되어, 상기 성형블록을 탈부착 가능하게 지지하는 고정지지대와,상기 고정지지대에 지지된 상기 성형블록을 복수개 동시에 상기 고정지지대로부터 이격시키는 동시에, 다음의 처리부로 이송하고, 상기 다음의 처리부의 고정지지대에 상기 성형블록을 배치하는 캐리어를 포함하여 상기 캐리어의 동작을 제어하는 이송장치를 구비한 것을 특징으로 하는 몰드 프레스장치.
- 제 1항에 있어서,상기 이송장치는, 상기 캐리어가 상승, 전진, 하강, 후퇴를 1사이클로 하는 이동을 반복함으로써, 상기 캐리어에 의해 상기 성형블록을 복수개 동시에 하방으로부터 상승시켜, 상기 이송방향을 따라 1 스텝씩 직선적으로 이송하는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 성형블록은, 성형 몰드 및 상기 성형 몰드가 놓인 시료(試料)대를 구비하며,상기 캐리어는, 상기 시료대의 바닥면에 맞닿아 상기 성형블록을 이송하는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 복수의 처리부로서, 상기 성형블록을 소정온도로 가열하는 가열수단을 갖는 제 1 라인에 배열된 복수의 처리부와, 상기 성형블록을 냉각하는 냉각수단을 갖는 제 2 라인에 배열된 복수의 처리부를 갖는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 캐리어는, 상기 성형블록의 바닥면 중, 상기 성형 몰드의 중심축선으로부터 벗어난 위치에 맞닿아 상기 성형블록을 상승시키는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 캐리어와 상기 성형블록 사이에는, 상기 캐리어 상에서 상기 성형블록의 위치가 어긋나는 것을 방지하는 위치 어긋남 방지수단을 구비하며,상기 위치 어긋남 방지수단은, 상기 캐리어와 상기 성형블록 사이에 작용하 는 자기 흡인력 및 마찰력 중 적어도 한쪽을 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 이송장치는, 상기 상승동작, 상기 전진동작 및 상기 하강동작 중 적어도 하나의 동작에서는, 동작 개시시 및 동작 종료 직전 중 적어도 한쪽의 속도가, 동작의 개시부터 종료의 중간기간에서의 속도보다 늦게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 기재된 몰드 프레스장치를 이용하여 상기 성형소재에 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스 성형품의 제조방법.
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