KR20090082369A

KR20090082369A - 광학 소자의 프레스 성형 장치

Info

Publication number: KR20090082369A
Application number: KR1020097008391A
Authority: KR
Inventors: 스나오 미야자끼
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2009-07-30
Also published as: WO2008050846A1; US20090205375A1; JPWO2008050846A1; CN101528615A

Abstract

유리 소재를 복수 쌍의 상형 및 하형으로 프레스하여 광학 소자를 성형하는 프레스 성형 장치에 있어서, 하형 압력 부여 수단은 상기 복수의 하형에 압력을 부여한다. 몸통형은, 상기 복수 쌍의 상형 및 하형을 가이드한다. 압력 발생 수단은 상기 몸통형을 밀어 올림 동작시킨다. 얼라인 수단은 상기 복수의 상형을 따라서 상기 몸통형을 미끄럼 이동시킴으로써 각 상형을 얼라인한다. 상기 얼라인 수단은 상기 각 상형을 현수 지지하는 동시에, 상기 압력 발생 수단에 의해 상기 몸통형을 상기 각 상형을 따라서 밀어 올림 동작시킬 때에 상기 몸통형의 이동 축선에 대해 직교하는 평면에 있어서 상기 각 상형을 이동 가능하게 하는 현수 부재를 갖는다.

프레스 성형 장치, 얼라인 수단, 현수 부재, 압축 스프링, 가압 조정 기구

Description

광학 소자의 프레스 성형 장치 {OPTICAL ELEMENT PRESSING APPARATUS}

본 발명은 광학 소자의 프레스 성형 장치에 관한 것으로, 특히 비구면 렌즈 등의 고정밀도의 광학 소자를 프레스 성형하는 경우에 사용되는 광학 소자의 프레스 성형 장치에 관한 것이다.

최근, 유리 렌즈 등의 광학 유리 소자를 프레스 성형하여, 성형면을 연마 가공 등을 하지 않고, 그대로 사용하는 정밀 프레스 성형법이 주목되고 있다. 통상, 이러한 종류의 성형에는, 몸통형(body mold) 내에서 몸통형에 대해 미끄럼 이동하는 성형용 형을 사용하여, 연화 상태에 있는 유리 소재를 프레스하고, 형의 성형면에 대응한 광학 기능면을 유리 소재에 형성하도록 한 광학 소자의 프레스 성형 장치가 사용된다. 여기서 중요한 것은, 제품이 비교적 소형인 경우, 1대의 프레스 성형기에 의해 1세트의 형에 의해 성형하는 것은 생산성이 낮다고 하는 것이다. 그래서, 복수개의 형을 1대의 프레스 성형기에 장착하고, 동시에 복수개의 광학 소자를 생산하는 방식이 제창되었다.

복수개의 형을 동시에 가압하는 경우, 성형 정밀도가 높은 광학 소자를 얻기 위한 고안이 필요하다. 이 방법으로서는, 1개의 가압축에 형의 미끄럼 이동 방향에 직교하여 고정된 평판 등의 압박 부재를 사용하여 복수의 형을 가압하는 방법이 첫째로 고려된다. 이 방법이면, 복수개의 형 중 가장 스트로크가 짧은 형을 기준으로 모든 형의 스트로크가 결정되게 된다. 이로 인해, 두께 치수나 면의 기울기의 정밀도가 마이크로미터 단위로 요구되는 광학 소자를 성형하기 위해서는, 스트로크가 모두 규격 내에 들어가도록 각 형의 치수나, 압박 부재의 치수나, 압박 부재의 설치나 가압 시의 기울기, 압박 부재의 형과의 접촉부의 마모, 변형을 충분히 관리할 필요가 있으나, 수백℃의 성형 조건 하에서는 성형기의 변형도 포함하여 거의 관리 불가능에 가깝다. 그로 인해, 몸통형에 성형용 형인 상형을 접하여, 상형과 몸통형 및 그 밖의 형의 구성 부재의 정밀도에 의해, 상기와 같은 정밀도를 보증할 필요가 발생한다.

그러나, 상기와 같은 가압 방법에서는, 스트로크가 모든 형에 대해 동일하므로, 상기와 동일한 이유에 의해, 항상 모든 형을 눌러서 자르는 것은, 마찬가지로 불가능에 가깝다. 또한, 압박 부재를 고정하지 않고 스트로크에 추종하도록, 어느 정도의 자유도를 갖게 한 상태로 가압하는 방법도 고려되지만, 복수개의 형, 특히 4개 이상의 형을 동시에 가압할 때에는, 눌러서 잘랐을 때의 각 형의 높이가 모두 동일 평면 상에 없으면, 모든 형을 눌러서 자를 수는 없다. 또한, 성형 소재의 치수의 편차나, 가압 시에 있어서의, 각 형 사이의 미묘한 온도차 등에 의해, 가압 개시의 위치나 성형의 스피드(유리의 변형 속도)가 각 형 사이에서 상이하므로, 압박 부재가 형의 미끄럼 이동 방향에 대해 기울어진 상태로 가압되는 것이 빈번히 발생한다. 이로 인해, 가압력이 형의 미끄럼 이동 방향 이외에도 작용하여, 형의 마모나 파손을 초래하기 쉽고, 또한 형과 압박 부재의 접촉부가 항상 서로 마찰되 어 마모되기 쉽고, 특히 이와 같은 고온 하의 상태에서는 마모가 심해져, 그 마모의 결과, 형의 마모나 파손이 더욱 조장된다고 하는 악순환을 반복한다.

또한, 상기 성형 장치에서는 프레스 성형 과정에 있어서의 유리 소재의 온도 제어를 위해, 몸통형, 상형 및 하형을 상당한 고저온도차로 가열ㆍ냉각할 필요가 있다. 그래서 몸통형, 상형 및 하형을 거의 동일한 열팽창 계수의 재료로 구성하는 동시에, 몸통형에 대한 상형, 하형의 미끄럼 이동을 확보하기 위한 간극을 형성하고 있다. 이로 인해, 예를 들어, 상형을 강하하여 하형과의 사이에서 유리 소재를 프레스 성형하는 경우, 상형의 중심에 프레스 압력을 가하지 않으면, 상형은 몸통형 내에서 미끄럼 이동하는 동안에 기울어져, 상형과 하형의 성형면을 서로 정확하게 대응한 상태로 유리 소재에 대해 프레스 성형할 수 없다. 또한, 극단적인 경우에는 몸통형과 상형 사이에서 마모가 발생하여, 상형을 몸통형에 대해 완전히 폐쇄할 수 없게 되어, 정상적인 프레스가 행해지지 않게 된다. 바꾸어 말하면, 결과적으로, 성형된 광학 소자의 광학 기능면의 중심이 광축에 일치하지 않게 된다. 또한, 성형품을 형으로부터 취출하기 위해, 상형을 인상할 때, 인상력이 상형의 중심으로부터 어긋나 있으면, 상형이 기울어져, 몸통형과 상형에 마모가 발생하여, 상형의 개폐를 할 수 없게 된다. 이와 같은 성형 장치는, 실제로 사용되는 조건에서는, 특히 몸통형과 상형의 미끄럼 이동부의 간극이 10μ 이하로 작고, 또한 열간에서 사용되는 관계로, 상기 마모가 보다 발생하기 쉬운 환경에 있다.

상술한 종래 기술의 결점을 어느 정도 해결한 예로서 일본 특허 제2815037호 공보(특허 문헌 1)에 기재된 성형 장치가 있다. 특허 문헌 1의 성형 장치에서는 상형에 프레스 압력을 가하는 1개의 프레스축을 상축 및 하축으로 분할하고, 분할된 상축과 하축 사이에, 복수의 접시 스프링을 적층하여 배치함으로써 가압 시의 형의 높이가 상이해도, 접시 스프링의 변형에 의해 그 높이의 차를 흡수함으로써, 각 형에 균일하게 프레스 압력이 가해지도록 하고 있다.

그러나, 특허 문헌 1의 성형 장치에서는 접시 스프링이 상형에 가까운 부분에 있으므로, 접시 스프링이 고온에 노출되어, 녹아 버린다고 하는 결점이 있었다. 이 결점을 보충하기 위해 접시 스프링의 부분을 수냉할 필요가 있으나, 수냉으로 인해 부재가 대형화되어, 복잡화된다고 하는 결점이 새롭게 발생하였다. 또한, 수냉된 부재가 성형 시에 상형에 접촉하므로 상형의 온도가 급격히 저하되어, 성형이 불안정해진다고 하는 결점도 있었다.

또한, 비용 절감을 목적으로 복수의 상형, 하형을 1대의 몸통형에 세트하므로, 각 형 세트 사이의 거리를 크게 취하는 것은 경제적으로 있을 수 없다. 이로 인해, 각 형 세트 사이의 거리는 아무리 커도 십수 밀리미터인 것이 보통이고, 이 간격에 대응하는 축의 하나하나에 접시 스프링을 설치할 필요가 있다. 통상, 유리의 프레스 성형에 필요한 압력은 ø18의 금형에서 4.9kN 전후이므로, 접시 스프링에 사용되는 스프링의 강도는 4.9kN 이상일 필요가 있다. 십수 밀리미터의 공간에 수납되는 4.9kN의 권취 스프링은, 통상 존재하지 않는다. 그로 인해, 특허 문헌 1에서는 접시 스프링을 사용하고 있으나, 접시 스프링으로 해도 좁은 공간에 4.9kN의 용량의 것이 되면 복수의 접시 스프링을 대량으로 적층할 필요가 있어, 스프링 기구의 부분의 길이가 매우 길어진다고 하는 결함이 발생하여, 성형 장치가 대형화 된다. 또한, 프레스하는 렌즈의 크기가 당초의 예정과 바뀌어 프레스 압력을 크게 변경할 필요가 발생한 경우에는, 접시 스프링을 교환하여 스프링 정수를 바꿀 필요가 있으나, 적층한 접시 스프링을 수납한 부품을 분해하여, 안에 있는 접시 스프링을 교환하는 것은, 대단한 노동력과 수고가 든다. 이와 같이, 특허 문헌 1의 성형 장치에 있어서도 여전히 문제가 있다. 또한, 특허 문헌 1에서는 하형이 몸통형 내를 미끄럼 이동하여 프레스하는 경우의 압력 분배에 대한 기재가 없어, 하형으로 프레스하는 경우에는 압력 분배하지 않는 기구라고 추찰된다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 적어도 상형에 대해 몸통형을 미끄럼 이동 동작시켜, 유리 소재에 대해 프레스 성형하는 경우 및 성형된 광학 소자 성형품을 이형할 때, 몸통형에 가하는 조작 부재의 힘이, 항상, 상형의 중심을 통과하도록 작용시킴으로써, 정밀도가 높은 광학 소자를 효율적으로 제조할 수 있는 광학 소자의 프레스 성형 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 복수의 상형에 대해 몸통형을 미끄럼 이동 동작시켜, 유리 소재에 대해 프레스 성형하는 경우, 모든 성형 소재를 완전히 눌러서 자를 수 있고, 또한 성형 소재의 치수의 편차나, 가압 시에 있어서의, 각 형 사이의 미묘한 온도차 등에 의해, 가압 개시의 위치나 성형의 스피드(유리의 변형 속도)가 각 형 사이에서 상이해도, 이들에 대응하여 조정을 할 수 있도록 한 광학 소자의 프레스 성형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위해, 유리 소재를 복수 쌍의 상형 및 하형으로 프레스하여 광학 소자를 성형하는 프레스 성형 장치이며, 상기 복수의 하형에 압력을 부여하는 하형 압력 부여 수단과, 상기 복수 쌍의 상형 및 하형을 가이드하는 몸통형과, 상기 몸통형을 밀어 올림 동작시키는 압력 발생 수단과, 상기 복수의 상형을 따라서 상기 몸통형을 미끄럼 이동시킴으로써 각 상형을 얼라인하는 얼라인 수단을 구비하고 있고, 상기 얼라인 수단은 상기 각 상형을 현수 지지하는 동시에, 상기 압력 발생 수단에 의해 상기 몸통형을 상기 각 상형을 따라서 밀어 올림 동작시킬 때에 상기 몸통형의 이동 축선에 대해 직교하는 평면에 있어서 상기 각 상형을 이동 가능하게 하는 현수 부재를 갖는 것이 제공된다.

상기 각 상형을 하방을 향해 압박하는 동시에 상기 각 상형에 독립적으로 압력을 부하시키기 위한 지레 수단을 갖는 상형 압력 분배 수단을 더 구비해도 좋다.

상기 복수의 하형을 상방을 향해 압박하는 동시에 각 하형에 독립적으로 압력을 부하시키기 위한 지레 수단을 갖는 하형 압력 분배 수단을 더 구비해도 좋다.

상기 상형 압력 분배 수단은 지지점을 통해 요동 가능하게 배치된 요동 부재이며, 그 일단부가 상기 각 상형의 상단부와 접촉되는 동시에, 그 타단부가 스프링 부재에 연결됨으로써 상기 각 상형을 하방을 향해 압박하는 요동 부재를 구비하고, 상기 각 상형에 작용하는 압력을 상기 스프링 부재가 압축됨으로써 조정해도 좋다.

상기 하형 압력 분배 수단은 지지점을 통해 요동 가능하게 배치된 요동 부재이며, 그 일단부가 상기 각 하형의 하단부와 접촉되는 동시에, 그 타단부가 스프링 부재에 연결됨으로써 상기 하형을 하방을 향해 압박하는 요동 부재를 구비하고, 하형에 작용하는 압력을 상기 스프링 부재가 압축됨으로써 조정해도 좋다.

상기 상형 압력 분배 수단은 상기 요동 부재의 요동 지지점이 가변이고, 상기 스프링 부재의 변경없이 상기 각 상형에 작용하는 압력이 조정되어도 좋다.

상기 하형 압력 분배 수단은 상기 요동 부재의 요동 지지점이 가변이고, 상기 스프링 부재의 변경없이 상기 각 하형에 작용하는 압력이 조정되어도 좋다.

상기 스프링 부재는 권취 스프링으로 해도 좋다.

상기 상형 압력 발생 수단으로부터의 압력을 상기 각 상형에 분배하는 상형 압력 분배 수단과, 상기 하형 압력 발생 수단으로부터의 압력을 상기 각 하형에 분배하는 하형 압력 분배 수단을 더 구비해도 좋다.

본 발명에 관한 광학 소자의 프레스 성형 장치에 따르면, 상기한 얼라인 수단을 갖고 있으므로, 복수의 상형, 하형으로 동시에 프레스 성형하는 경우, 상형에 대해 가해지는 힘이 항상 각 상형을 그 곳에 지지하고, 몸통형을 밀어 올림 동작시킬 때에 몸통형의 이동 축선의 중심을 향해 작용시킬 수 있어, 마모 등의 문제가 없고, 광학 기능면이 광축에 대해 정확하게 위치하는, 정밀도가 높은 광학 소자를 효율적으로 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 지레 수단으로 이루어지는 압력 분배 수단을 갖고 있으므로, 복수의 상형에 대해 복수의 가이드 구멍을 갖는 몸통형을 미끄럼 이동 동작하여, 유리 소재에 대해 프레스 성형하는 경우, 모든 상형을 완전히 눌러서 자를 수 있고, 또한 성형 소재의 치수의 편차나, 가압 시에 있어서의 각 형 사이의 미묘한 온도차 등에 의해, 가압 개시의 위치나 성형의 스피드(유리의 변형 속도)가 각 형 사이에서 상이해도, 이들에 대응하여 조정할 수 있으므로, 성형품의 정밀도가 양호해, 생산성도 향상된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 광학 소자의 프레스 성형 장치의 전체 구성도이다.

도 2는 상기 프레스 성형 장치의 주요부 구조도이다.

도 3은 상기 프레스 성형 장치에 있어서 유리 소재를 흡착 반송하는 흡착 패드의 사시도이다.

도 4는 상기 프레스 성형 장치에 있어서의 로터리 펌프로부터의 공기 유동 통로를 도시한 설명도이다.

도 5는 상기 프레스 성형 장치에 있어서의 상형, 몸통형, 상형 가압 로드의 위치 관계를 나타낸 단면도이다.

도 6은 상기 프레스 성형 장치에 있어서의 얼라인 부재의 사시도이다.

도 7은 상기 얼라인 부재의 측면도이다.

도 8은 상기 얼라인 부재의 분해 상태와 조립 상태를 도시하는 사시도이다.

도 9는 상기 프레스 성형 장치에 있어서의 하형의 가압 조정 기구의 구조도이다.

도 10은 상기 프레스 성형 장치에 의한 가압 성형의 동작을 도시한 설명도이다.

도 11은 상기 프레스 성형 장치에 있어서의 유리 가열 기구의 구조도이다.

도 12는 상기 프레스 성형 장치에 있어서의 성형품 상형 부착 방지 부재를 횡방향에서 본 측면도이다.

도 13은 상기 성형품 상형 부착 방지 부재를 상방향에서 본 평면도이다.

도 14는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 프레스 성형 장치를 도시한 종단면도이다.

도 15는 상기 프레스 성형 장치에 있어서의 몸통형의 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를, 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 프레스 장치의 전체도, 도 2는 그 주요부 구조이다. 이들에 도시하는 프레스 성형 장치는 유리 소재(유리 블랭크)를 성형형(1) 내에 장전하고, 프레스 조작 기구(2)의 조작에 의해 성형형(1)의 몸통형(후술)을 밀어 올림으로써 프레스 성형하는 것으로, 이 프레스 성형은, 바람직하게는 질소 가스 분위기 등의 불활성 가스 분위기 중에서 행해진다. 이로 인해, 성형형(1), 프레스 조작 기구(2) 등은 기밀 구조의 성형 챔버(3) 내에 장비된다.

성형 챔버(3)는 가대(10) 상에 배치되고, 유리 소재(G)의 반입 및 성형품의 반출을 위한 출입구(301)에 게이트 밸브(11)가 장비되어, 이것을 통해 외부와 연통되어 있다.

또한, 성형 챔버(3) 내에는 성형형(1)에 대한 유리 소재(G)의 도입 및 성형품의 도출을 행하기 위한 교체 수단(4)이 장비되어 있다. 교체 수단(4)은 성형 챔버(3)의 천장을 관통하여, 외부로부터 성형 챔버(3) 내로 수직으로 도입된 회전 축(401)의 하단부에, 유리 성형품 출입 수단을 구성하는 흡착 핸드(402)가 장착되고, 흡착 핸드(402)의 선단부에 흡착 패드(403)가 설치됨으로써 구성되어 있다. 회전축(401)은 챔버(3)의 천장에 설치한 전동 실린더 기구(14)의 피스톤 로드(14A)에 회전 가능하게 연결되어, 피스톤 로드(14A)의 동작에 의해 축방향으로 상하 동작되는 동시에, 피스톤 로드(14A)에 설치한 전동 모터(15)에 의해 기어 열(16)을 통해 회전 동작된다. 또한, 도 1에서는 동일 개소에 부호 14A, 15, 16을 부여하고 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 흡착 핸드(402)의 선단부의 흡착 패드(403)를 구비하는 흡착 핑거(404)는 흡착 핸드(402)의 선단부에 수평 컴플라이언스 스프링부(405)를 통해 형 삽입 부재인 흡착 패드(403)를 유지하고 있다. 또한, 흡착 핑거(404)에는 수직 동작으로 안내되는 위치 결정 구멍이 형성되고, 이것에 대응하여 성형용 몸통형측에, 상기 위치 결정 구멍으로 안내되는 위치 결정 핀을 갖는 가이드 부재가 장착되어 있다. 수평 컴플라이언스 스프링부(405)는 상ㆍ중ㆍ하 3단의 유지 블록과, 상단 및 중간단의 유지 블록 사이에 가설한 한 쌍의 판 스프링과, 상기 판 스프링과는 90도 위상을 바꾸어 중간단 및 하단의 유지 블록 사이에 가설한 한 쌍의 판 스프링으로 구성되어 있고, 그 수평 컴플라이언스의 구조는 컴플라이언스용 판 스프링과, 상ㆍ중ㆍ하 3단의 유지 블록을 결합하기 위해, 이들 열팽창 계수보다도 큰 열팽창 계수의 재질의 결합 부재가 사용되고 있다. 또한, 상기 형 삽입 부재와 가이드 부재 사이에는 상하 동작량을 규제하는 충돌 부재가 배치되어 있다. 또한, 흡착 패드(403)는 히트 쇼크로 성형품이 깨지는 것을 방지할 목적으로 열전도율이 낮은 재료로 제조되어 있고, 또한 고온의 성형품을 흡착하기 위해 내열성이 있는 재료로 제조되어 있다. 일례를 들면, 폴리이미드 수지이다.

그리고, 흡착 패드(403)에 유리 소재(G)를 흡착한 상태로, 실린더 기구(14)의 제어 및 전동 모터(15)의 회전 제어에 기초하는 회전축(401)의 축방향 동작 및 회전 동작으로 흡착 패드(403)를 성형형(1) 내로 도입하고, 또한 흡착 패드(403)로 성형품을 흡착한 상태로, 회전축(401)의 역방향의 축방향 동작 및 회전 동작으로 성형형(1) 내로부터 취출하도록 기능한다.

또한, 흡착 패드(403)는 4개의 금형 각각에 대응하여 독립적으로 흡착, 또는 흡착 해제할 수 있도록 구성되어 있고, 흡착원은 성형 챔버(3)의 질소(N₂) 치환에 사용하는 로터리 펌프(40)이다. 로터리 펌프(40)로부터 분기된 서브 라인을 흡착 패드(403)에 연통하고, 도 4에 도시한 바와 같이 4개의 각 서브 라인의 2개에 대해 1개의 비율로 유량 조정하는 스로틀 수단(41)을 배치하여 4개의 각 서브 라인의 흡인 압력을 반독립적으로 제어하는 구성으로 되어 있다. 4개의 서브 라인에 압력 검출 수단(42)을 각각 장비하고 있으므로, 흡인 압력이 반독립이라도 문제 없이 유지 압력 제어를 할 수 있다. 흡착력을 해제하기 위한 진공 파괴를 위해서는, 질소를 역분사하는 기구가 부착되어 있고, 역분사력을 각 라인에서 독립적으로 제어할 수 있도록 4개의 서브 라인에 스로틀 수단(43)이 각각 배치되어 있다.

도 1의 출입구(301)의 측면에 위치하고, 가대(10) 상에는 성형 챔버(3)에 대한 유리 소재(G) 및 성형품의 반입ㆍ반출 수단(17)이 배치되어 있다. 반입ㆍ반출 수단(17)은 실린더 기구(18)로부터 횡측으로 연장되는 피스톤 로드(18A)에 교체 챔버(171)를 장착하는 동시에, 교체 챔버(171)의 일단부에 있는 개구(171A)로부터 좌우로 출입할 수 있는 적재대(172)를 장비하여, 적재대(172)를 교체 챔버(171) 내에 설치한 횡이동 수단(예를 들어, 피스톤ㆍ실린더 기구)(173)에 의해 횡이동할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 성형 챔버(3)에 대해 유리 소재(G), 또는 성형품을 반입ㆍ반출할 때에는 적재대(172)에 유리 소재(G)를 적재한 상태로, 실린더 기구(18)의 제어에 의해 피스톤 로드(18A)를 작동시켜 교체 챔버(171)를 횡이동하고, 그 개구(171A)를 게이트 밸브(11)에 기밀하게 접촉시킨다. 이 상태로, 교체 챔버(171) 내를 진공 펌프(40)로 진공화한 후, 질소 분위기로 치환하고, 게이트 밸브(11)를 개방하여 성형 챔버(3)와 교체 챔버(171)를 연통하고, 또한 횡이동 수단(173)에 의해 적재대(172)를 성형 챔버(3) 내로 도입하여, 교체 수단(4)에 대해 유리 소재(G)의 전달 및 성형품의 수취를 행하는 것이다. 그리고, 이 후, 횡이동 수단(173)을 반대로 동작시켜, 적재대(172)를 교체 챔버(171)로 복귀시키고, 게이트 밸브(11)를 폐쇄하여, 실린더 기구(18)의 동작에 의해 교체 챔버(171)를 횡이동하여, 적재대(172)로부터의 성형품의 취출 및 그곳으로부터의 새로운 유리 소재(G)의 반입을 행한다.

본 실시 형태에서는 적재대(172)로의 유리 소재(G)의 반입, 그곳으로부터의 성형품의 취출에는 소요의 로봇(19)이 사용된다. 로봇(19)은 흡착 수단 등을 사용하여 스토커(20)로부터 유리 소재(G)를 적재대(172)로 치환하는 동시에, 적재대(172)로부터 소요 개소로 성형품을 반출한다. 즉, 로봇(19)은 도 1에서는 스칼 라 로봇의 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, X-Y 로봇이라도 좋다.

〔형 장치의 설명〕

다음에, 도 2, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하여 형 장치를 설명한다.

도 2의 몸통형 베이스 플레이트(337)의 상부에는 단열재(338)를 통해 몸통형(100)과 나사 결합한 바닥판(339)이 적재되고, 바닥판(339)은 몸통형 베이스 플레이트(337)에 단열재(338)를 통해 나사 결합된다. 몸통형(100)은, 도 15에 도시하는 평면도로부터 명백한 바와 같이 비직육면체를 이루고, 도 2에 도시하는 종이면 표면으로부터 이면 방향을 향해 관통된 개구부(100A)가 형성되고, 직육면체의 개구부(100A), 상방의 천장부(100B1)에는 4개의 관통 구멍이 형성되고, 이들 관통 구멍에 각각 4개의 상형(102)이 끼워 넣어져 있다. 또한, 몸통형(100)의 비직육면체의 저부(100B2)에는 상형(102)과 형 세트가 되는 4개의 하형(101)이 끼워 넣어지는 구멍부가 형성되어 있다. 비직육면체로 한 것은, 몸통형(100)의 열용량을 작게 하기 위해, 히터가 들어가는 부분 이외를, 필요한 강도를 떨어뜨리지 않을 정도로 삭제했기 때문이다.

몸통형(100)의 저부(100B2)에는 절결부(100E)가 형성되고, 절결부(100E) 내에 밀어올림 부재(300)가 각각 배치되어 있고, 각 밀어올림 부재(300) 상에 각 하형(101)이 적재되어 있다. 각 밀어올림 부재(300)는 각 하형(101)의 축선 방향의 치수 정밀도의 편차를 조정하는 역할을 담당한다.

그리고, 본 실시 형태의 구성에서는 복수개, 예를 들어 4대의 상ㆍ하형의 세 트의 형에 의해 4개의 성형품을 동시에 가압 성형한다. 4대의 상형(102)에는, 후술하는 바와 같이, 예를 들어 총 부하 19.6kN이 부하되고, 각 상형(102)에는 등분의 부하를 작용하는 것이 필요하다. 그러나, 상형(102), 하형(101), 몸통형(100)의 각 부재의 치수의 마무리 정밀도의 편차에 따라서 몸통형(100), 하형(101)의 유리 성형을 위한 이동 스트로크에 있어서는, 4개의 형 세트가 다소 어긋나는 경우가 있다. 이 스트로크의 조정을 위해 밀어올림 부재(300)가 설치되어 있다.

한편, 바닥판(100D)의 중앙에는 냉각용 질소 가스를 공급하는 구멍이 형성되고, 바닥판(100D)에 분사된 질소 가스는 바닥판(100D)에 설치된 통로를 따라서 각 하형(101)으로 분사되고, 또한 바닥판(100D)에 설치된 통로에 의해 몸통형(100)의 밖으로 방출된다.

각 상형(102)에는, 도 5와 같이 대경부(102A)와 상단부의 플랜지부(102B)가 형성되어 있다. 또한, 부호 105는 4대의 상형(102)을 동시에 현수하기 위한 현수 부재로, 원판부(105D), 통부(105E), 플랜지부(105F)로 구성되고, 원판부(105A)에 4대의 상형(102)을 끼움 장착하기 위한 4개의 구멍이 개방되어 있다.

도 5에 있어서, 상형 부재(102)는 원형의 단면이고, 각각 그 중심에 위치하여, 그 정상부에 소경의 압박판(104)이 장착되어 있고, 몸통형(100)을 상승시켰을 때, 그 중심에서 프레스압을 받도록 되어 있다. 또한, 상형 부재(102)에는 그 상부에 위치하여 비원형의 단면의 플랜지부(102B)가 도 8의 (A), (B)에 도시한 바와 같이 형성되고, 전술한 대경부(102A)에는 접시 형상의 현수 부재(105)가 적재되어 있다. 그리고, 플랜지부(102B)와 현수 부재(105) 사이에는 상형 부재(102)의 중심 에서 현수력이 작용하도록 얼라인 수단(106)이 개재 장착되어 있다. 현수 부재(105)에는, 도 8에 도시한 바와 같이 중앙을 횡단하는 형이고, 띠 형상의 회전 멈춤 부재(107)가 나사(108)로 고정되어 있고, 그 측면을 각 플랜지(102B)의 측면에 대응시켜, 현수 부재(105)에 대한 상형 부재(102)의 회전 멈춤의 작용을 하고 있다. 그리고, 현수 부재(105)에는 플랜지부(102B)가 회전 멈춤 위치에 대해 직교하는 방향의 자세로 삽입 통과되는 삽입 통과 구멍(105B)이 형성되어 있다.

얼라인 부재(106)는, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 상형 부재(102)의 미끄럼 이동 방향과 직교하는 면에 있어서 서로 90도 어긋나게 하여 배치된 각 한 쌍의 반구형 돌기 형상의 지지부(106A 및 106B)를 상형 부재(102) 및 현수 부재(105)에 대응시켜 링(106C)에 설치한 구성으로 되어 있다. 또한, 링(106C)의 중앙에는, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 상형 부재(102)의 플랜지부(102B)를 삽입 통과하는 삽입 통과 구멍(106D)이 형성되어 있다.

또한, 현수 부재(105)에는 지지부(106B)를 수용하는 지지 홈 구멍(105C)이 형성되어 있다.

현수 부재(105) 및 얼라인 수단(106)에 대해, 상형 부재(102)를 조립할 때에는, 우선 상형 부재(102)의 플랜지부(102B)를 하측으로부터, 삽입 통과 구멍(105B 및 106D)으로 삽입 통과시켜 얼라인 수단(106)의 상측으로 돌출시키고, 이 상태로 플랜지부(102B)를 90도 선회하여, 그 하면을 지지부(106A)에 지지시킨다. 그 후, 회전 멈춤 부재(107)를 현수 부재(105)에 설치함으로써, 상형 부재(102)와 얼라인 수단(106)의 상대 위치를 유지할 수 있게 한다. 이 경우, 현수 부재(105) 및 얼라 인 수단(106)의 상대 위치는 지지부(106B)가 지지 홈 구멍(105C)에 들어가 있음으로써, 확보되어 있다.

도 2의 부호 212는 현수 부재(105)를 챔버(3) 내에서 현수하여 고정하기 위한 훅 부재로, 도 5와 같이 지지부(212A), 하단부 훅부(212B), 상단부 훅부(212C)로 구성된다. 하단부 훅부(212B)는 현수 부재(105)의 플랜지부(105C)에 결합되고, 상단부 훅부(212C)는 홀더 블록(203)과 결합 가능하게 구성되어 있다.

그리고, 복수의 상형(102), 하형(101)의 세트에 의해 동시에 다수의 성형을 행하지만, 본 실시 형태의 성형 장치에 있어서, 4대의 상형(102)과 4대의 하형(101)에 의해 유리를 프레스 성형하여 렌즈를 성형한 후, 성형품 렌즈를 각 상ㆍ하형 사이로부터 취출하기 위해 몸통형(100)을 하방으로 인하하고, 하형(101) 상에 남아 있는 성형품을 몸통형(100)의 개구부(100A)로부터 취출하는 작업을 행한다.

본 실시 형태에서는 얼라인 부재(106)에 의해 4대의 상형(102)의 얼라인을 행하고 있다. 즉, 몸통형(100)을 하방으로 인하하면, 하단부 훅부(212B)에 현수 부재(105)의 플랜지부(105F)가 접하고, 현수 부재(105)는 그곳으로부터 하방으로 이동하지 않는다.

도 8에 있어서, 현수 부재(105)는 고정이고 몸통형(100)이 하강할 때에, 현수 부재(105)와 얼라인 부재(106)는 얼라인 부재(106)의 하면측 돌기부(106A)에 의해 도 6의 축선 O-O에 대한 일평면의 X-X 방향의 면이 점 접촉 상태가 된다. 또한, X-X 방향과 직교하는 Y-Y 방향의 면은 얼라인 부재(106)의 상면측의 돌기부(106B)와 상형(102)의 플랜지부(102B)의 접촉에 의해 점 접촉 상태로 되고, 이에 의해 상형(102)은 몸통형(100)의 하강하는 방향의 축선 O-O에 대해 직교하는 2개의 평면X-X, Y-Y를 서로 직교 상태로 유지하여 그 자리에 유지된다. 이에 의해, 몸통형(100)을 하강할 때에, 상형(102)의 축선 O-O에 대한 몸통형(100)의 경사를 방지할 수 있고, 몸통형(100)의 미끄럼 이동 시의 「마모」를 방지할 수 있다.

도 2의 훅 부재(212)에 의해 상형(102)을 유지한 상태로 몸통형(100)을 하강시켜 성형품을 취출한 후에, 다시 유리 소재(G)를 각 하형(101) 상에 적재하여 다시 가압 성형하는 경우에는, 훅 부재(212)에 의해 상형(102)을 유지한 상태로 몸통형(100)을 상승시킨다. 이에 의해, 몸통형(100)은 그 관통 구멍이 상형(102)을 가이드로 하여 미끄럼 접촉하면서, 현수 부재(105), 얼라인 부재(106)를 통해 상승한다. 이때, 상형(102)은 동작하지 않고, 거의 그 자리에 고정된다. 이 경우, 4대의 상형(102)과 몸통형(100)의 「마모」를 발생시키지 않고 몸통형(100)을 미끄럼 이동 이동시킬 필요가 있으나, 얼라인 부재(106)의 전술한 작용에 의해 가능해진다.

몸통형(100)을 인하한 상태에서는, 현수 부재(105), 얼라인 부재(106)에 의해 각 상형(102)은 도 6의 축선 O-O에 대한 직교 2평면 X-XㆍY-Y를 직교 상태로 유지하고 있다. 이 상태로부터 몸통형(100)을 상승시키면, 상형(102), 얼라인 부재(106), 현수 부재(105)가 자중에 의해 대략 그 자리에 유지되고, 몸통형(100)의 상승 시에 전술한 직교 상태가 유지되므로, 「마모」를 방지할 수 있다.

도 2의 부호 104는 각 상형(102)의 플랜지부(102B)의 상면에 설치한 압박판으로, 후술하는 상형 가압 로드(202)의 압박 부하 하중이 각 상형(102)의 축선 방 향으로 집중적으로 작용하도록 하는 부재이다. 각 압박판(104)은 상형(102)과의 높이의 합계가 일치하도록 구성된다. 또한, 부호 203의 홀더 블록에 의해 훅 부재(212)가 챔버(3)에 고정된다. 챔버(3)에는 4개의 관통 구멍(203a)이 형성되고, 상형 가압 로드(202)가 관통 구멍(203a)에 삽입 통과되어 있다. 4개의 상형 가압 로드(202)의 하단부는, 전술한 바와 같이 압박판(104)에 접촉(미소한 간극이 형성되는 경우를 포함한다. 이하 마찬가지이다.)되고, 상단부(202A)는 챔버(3)의 밖에 있고, 챔버(3)의 외측의 상부에 설치된 지레 로드(230)의 한쪽 단부(230A)와 접하고 있다.

지레 로드(230)는 지레 지지점 부재(231)에 의해 요동 가능하게 지지되어, 상형 가압 로드(202)의 상단부(202A)와 접하는 측의 일단부(230A)의 반대측의 타단부(230B)가 압축 스프링(232)을 통해 챔버(3)에 고정되어 있다. 상형 가압 로드(202)와 지레 로드(230)와 지레 지지점 부재(231)와 압축 스프링(232)에 의해, 상형(102)의 후술하는 가압 조정 기구가 구성되어 있다. 또한, 부호 233은 4개의 상형 가압 로드(202)의 중심 부분에 설치된 질소 냉각 파이프로, 그 상단부는 챔버(3)에 설치된 냉각 매체 공급구(234)에 결합되고, 하단부는 몸통형(100)의 상부 중심에 면하고 있고, 몸통형(100)에 설치된 질소 가스용 홈을 따라서 질소 가스 냉각이 행해진다.

〔상형의 가압 조정 기구〕

상형(102)의 가압 조정 기구(상형 압력 분배 수단)(208)는 상형 가압 로드(202)와 지레 로드(230)와 지레 지지점 부재(231)와 압축 스프링(232)으로 구성 된다. 본 발명의 과제 중 하나는 복수의 상하형 세트에 의해, 동시에 다수의 성형품을 얻는 장치의 제공에 있다. 그것을 위해서는, 4대의 형 세트에 필요한 압박 하중을 균일하게 작용시킬 필요가 있다. 도 2에 도시하는 장치에 있어서, 몸통형 상승 실린더의 압력을, 몸통형(100)을 통해 4대의 상형(102)에 작용시킨다. 4대의 상형(102)에 작용한 압력은 4개의 상형 가압 로드(202)를 통해 지레 로드(230)의 단부(230A)를 밀어 올리고, 동시에 단부(230B)를 밀어 내려 압축 스프링(232)을 압축한다. 이 경우에, 몸통형 상승 실린더의 압박력(총 하중을 19.6kN)을 각 상형(102)에 균등하게 4.9kN의 하중을 작용시키도록 구성하는 것이 바람직하고, 각 상형(102)으로의 분포 하중의 편차가 발생하면 4개의 성형품의 품질(예를 들어, 압박에 의한 렌즈 두께의 편차)로의 영향이 발생한다. 또한, 4대의 각 세트의 상ㆍ하형, 상형 가압 로드(202) 등의 치수상의 편차도 당연히 있고, 이에 의해 몸통형 상승 실린더의 압박력에 의한 각 형의 절단 스트로크에 차이가 발생한다.

유리 재료를 가열 압력하여 고정밀도 광학 소자를 성형하기 위해서는, 각 상형(102)에 높은 압력(3.92 내지 5.88kN)을 발생시켜, 몸통형 상승 실린더로부터 상기 각 부재를 통해 각 상형(102)으로 전달할 필요가 있다. 또한, 유리 재료를 형 내에서 소정 온도(400 내지 800℃)로 가열하여, 가압 성형 후, 성형품을 취출하는 프로세스를 반복하는 방법의 장치에 있어서는, 성형품, 형 부재, 몸통형 등의 가열ㆍ냉각을 반복하기 위해 가열-냉각-가열 사이클의 단축이 요구되므로, 형 장치 전체의 열용량을 작게 할 필요가 있고, 그로 인해 장치의 소형화를 도모할 필요가 있다.

도 5에 도시하는 상형 가압 로드(202)와 상승하는 몸통형(100)에 의해 상형(102)을 압박하고, 상형(102)의 대경부(102A)의 하단부면에 몸통형(100)의 상단부 표면(100a)을, 스페이서(102C)를 통해 눌러, 몸통형(100)의 이동 위치가 규제됨으로써 성형품의 두께 치수는 정해진다.

4대의 상형(102 내지 102)에 모든 몸통형(100)의 상단부 표면(100a)이 스페이서(102C)를 통해 충돌하는 것이, 4대의 형 부재에 의해 동일 성형품, 예를 들어 동일 두께 치수의 렌즈를 얻기 위해 필요한 조건이다. 그것을 위해서는, 4대의 상형(102)에 독립적으로 압박력을 작용시키고, 또한 각 상형(102)에 완전히 몸통형(100)의 상단부 표면(100a)이 충돌하거나, 또한 충분한 압박력을 상형(102)에 작용시킬 필요가 있다.

본 실시예에서는, 상기한 문제의 해결을 위해, 몸통형(100)의 압박력을 스프링 부재, 특히 도 2에 도시하는 압축 스프링(232)을 챔버(3)의 외부에 설치한 가압 조정 기구(상형 압력 분배 수단)(208)를 구비하고 있다. 즉, 일반적인 압축 스프링(232)과 상형 가압 로드(202)를, 도 2와 같이 지레 지지점 부재(231)로 지지된 지레 로드(230)에 접촉, 또는 연결함으로써 가압 조정 기구(208)를 구성하고 있다.

몸통형 상승 실린더(210)(도 2 참조 : 상형 압력 발생 수단)로부터 압박력이 몸통형(100)에 작용하면, 몸통형(100)과 함께 상승하는 하형(101)과 상형(102)에 의한 프레스가 개시되어, 이 동작에 의해 상형(102)을 통해 상형 가압 로드(202)가 밀어 올려지는 동시에 지레 로드(230)가 밀어 올려진다. 이에 의해, 압축 스프링(232)이 압축된다.

프레스가 진행됨에 따라서 몸통형(100)의 관통 구멍에 상형(102)이 미끄럼 접촉하면서 이동하여, 상형(102)의 대경부(102A)에 몸통형(100)의 상단부 표면(100a)이 접촉할 때까지 몸통형(100)의 이동이 행해진다. 각 4대의 형 세트에 있어서, 그 중 3대의 상형(102)의 대경부(102A)에 몸통형(100)의 상단부 표면(100a)이 접촉한 상태일 때에, 다른 1대의 대경부(102A)에 상단부 표면(100a)이 접촉하지 않는 상태가 발생했다고 해도, 몸통형 상승 실린더(210)로부터의 압박에 의해 상형 가압 로드(202)를 통해 압축 스프링(232)이 압축함으로써 상기 미접촉 상형(102)에 몸통형(100)의 상단부 표면(100a)을 누를 수 있다. 이에 의해 4대의 상형(102)의 모든 위치는 항상 정위치에 보장할 수 있으므로, 성형품의 두께 치수가 유지된다.

다음에, 압축 스프링(232)의 스프링의 구체예에 대해 기술한다. 즉, 1개의 외경이 ø18㎜, 내경이 ø9㎜, 스프링 정수가 44.1N/㎜, 최대 하중이 568N, 자유 높이가 45㎜로 이루어지는 실리콘 크롬 강선으로 이루어지는 평각선 스프링을 1개 사용하여, 지레 로드(230)를 지지하는 지레 지지점 부재(231)의 위치를 상형 가압 로드(202)까지의 거리와 압축 스프링(232)까지의 거리의 비가 1 : 10이 되도록 설정하여 각 부재를 조립하였다. 이 결과, 지레의 원리에 의해 압축 스프링(232)의 최대 하중의 10배의 하중에 견디는(금회의 경우에는 5.68kN) 가압 조정 기구를 구성할 수 있었다. 이것을 각 상형(102)에 대응하도록 4개분 조립함으로써, 4개 취출용 가압 조정 기구가 완성된다(전체 압력으로 22.7kN까지 견딘다). 따라서, 챔버 내에 접시 스프링을 조립하는 특허 문헌 1의 성형 장치와 비교하여, 대량의 접 시 스프링을 조립할 필요가 없으므로 조정의 필요가 없고, 또한 챔버의 외측에 설치하므로 공간에 여유가 있어 설계가 용이해진다. 또한, 압축 스프링(232)을 냉각할 필요도 없다.

통상의 피아노 선을 사용한 압축 스프링(232)으로도 동일한 구성이 가능하다. 구체적으로는, 1개의 외경이 ø28㎜, 선 직경이 ø4.5㎜, 스프링 정수가 68.6N/㎜, 최대 하중이 862N, 자유 높이가 40㎜로 이루어지는 피아노 선으로 이루어지는 평각선 스프링을 1개 사용하여, 지레 로드(230)를 지지하는 지레 지지점 부재(231)의 위치를 상형 가압 로드(202)까지의 거리와 압축 스프링(232)까지의 거리의 비가 1 : 6이 되도록 설정하여 각 부재를 조립하였다. 이 결과, 지레의 원리에 의해 압축 스프링(232)의 최대 하중의 6배의 하중에 견디는(금회의 경우에는 5.17kN) 가압 조정 기구를 구성할 수 있었다. 이것을 각 상형(102)에 대응하도록 4개분 조립함으로써, 4개 취출용 가압 조정 기구가 완성된다(전체 압력으로 20.7kN까지 견딘다). 이 상태로, 몸통형 상승 실린더 로드의 추력[4대의 상형(102)에 가해지는 총 가압력]을 19.6kN으로 설정하여, 각 상형 가압 로드(202) 사이의 압력 편차를 측정한바, 98N의 편차 범위로 억제되는 것을 확인하였다. 그 후에, 압박판(104)까지의 높이의 편차가, 0.2㎜ 이내로 조정된 형 세트를 사용하여, 성형 조건 중 하나인 19.6kN의 몸통형 상승 압력으로, 완성 치수가 ø10㎜, 중심 두께가 3.5㎜, 렌즈면의 곡률이 각각 15, 20㎜인 비디오 카메라용 렌즈를 성형한바, 4대의 형 모두 대략 동시에 마모 등의 문제가 발생하지 않고, 완전히 절단되고, 완성된 성형품도 각 형에 의해 형성되는 캐비티 공간과 완전히 일치하여, 두께 정밀도와 광학적인 면의 기울기의 허용값을 충분히 만족시키는 성형품이 얻어졌다.

〔하형 가압 기구〕

하형 가압 기구(하형 압력 분배 수단)는, 도 9에 도시하고 있으나, 도 2의 부호 300은 각 하형(101)의 플랜지부(101B)의 하면에 설치한 밀어올림 부재로, 하형 가압 로드(302)의 압박 부하 하중이 각 하형(101)의 축선 방향으로 집중적으로 작용하도록 하는 부재이다. 각 밀어올림 부재(300)는 각 하형(101)과의 높이의 합계가 일치하도록 구성된다. 도 2와 같이, 챔버(3)에는 4개의 관통 구멍(303a)이 형성되고, 하형 가압 로드(302)가 관통 구멍(303a)에 삽입 통과되어 있다. 4개의 하형 가압 로드(302)의 상단부는, 전술한 바와 같이 밀어올림 부재(300)에 근접하고, 그 하단부(302A)는, 도 9와 같이 챔버(3) 밖에 있고, 챔버(3)의 외측의 몸통형 상승 실린더의 도중에 설치된, 지레 지지점 부재(331)에 연결한 지레 로드(330)의 일단부(330A)와 접하고 있다. 지레 로드(330)는 지레 지지점 부재(331)와 연결되어 하형 가압 로드(302)의 하단부(302A)와 접하는 일단부(330A)의 반대측의 타단부(330B)에서 압축 스프링 유닛(333)과 연결되어 있다. 압축 스프링 유닛(333)은 압축 스프링(332)과 압축 스프링 유지 부재(334)에 의해 구성된다. 또한, 도 2의 부호 335는 4개의 하형 가압 로드(302)의 중심 부분에 설치된 질소 냉각 파이프로, 그 일단부는 챔버(3)에 설치된 냉각 매체 공급구(336)에 연결되고, 다른 일단부는 베이스 플레이트(337), 단열재(338), 바닥판(339)을 관통한 구멍(337a, 338a, 339a)을 통해 몸통형(100)의 하부 중심(100b)에 면하고 있고, 몸통형(100)에 형성된 질소 가스용 홈을 따라서 질소 가스 냉각이 가능하도록 되어 있다.

〔하형의 가압 조정 기구〕

하형(101)의 가압 조정 기구는, 도 9와 같이 하형 가압 로드(302)와 지레 로드(330)와 지레 지지점 부재(331)와 압축 스프링(332)과 압축 스프링 유지 부재(334)로 구성된다. 압축 스프링(332)의 압박력에 의해, 하형 가압 로드(302)는 하방으로 압박되어 있다.

본 발명의 과제 중 하나는 복수의 상하형의 세트에 의해, 동시에 다수의 성형품을 얻는 장치의 제공에 있다. 그것을 위해서는, 냉각 중에 4대의 형 세트에 필요한 압박 하중을 균일하게 작용시킬 필요가 있다. 도 2에 도시하는 성형 장치에 있어서, 하형 상승 실린더(340)(하형 압력 발생 수단)의 압력을 하형(101)의 가압 조정 기구를 통해 4대의 하형(101)에 작용시킨다. 하형 상승 실린더(340)의 압력은 4개의 지레 로드(330)의 일단부(330A)를 밀어 올림과 동시에, 하형 가압 로드(302)의 하단부(302A)를 밀어 올린다. 그때, 지레 로드(330)의 타단부(330B)를, 지레 지지점 부재(331)를 통해 하방향으로 내리고, 동시에 압축 스프링(332)을 압축한다. 이 경우에, 하형 상승 실린더(340)의 압박력(총 하중을 9.8kN)을 각 하형에 균등하게 2.45kN의 하중을 작용시키도록 구성하는 것이 바람직하고, 각 하형(101)으로의 분포 하중의 편차가 발생하면 4개의 성형품의 품질(예를 들어, 압박에 의한 렌즈 두께의 편차)로의 영향이 발생한다. 또한, 4대의 각 세트의 상형 및 하형, 하형 가압 로드(302) 등의 치수상의 편차도 당연히 있고, 이에 의해 하형 상승 실린더(340)의 압박력에 의한 각 형의 이동 스트로크에 차가 발생한다.

본 발명의 유리 재료를 가열 압력하여 고정밀도 광학 소자를 성형하기 위해 서는, 냉각 중에 각 하형(101)에 높은 압력(0.98 내지 3.92kN)을 발생시켜, 하형 상승 실린더(340)로부터 상기 각 부재를 통해 각 하형(101)으로 전달할 필요가 있다. 또한, 유리 재료를 형 내에서 소정 온도(400 내지 800℃)로 가열하고, 가압 성형 후, 성형품을 취출하는 프로세스를 반복하는 방법의 장치에 있어서는, 성형품, 형 부재, 몸통형 등의 가열ㆍ냉각을 반복하기 위해 가열-냉각-가열 사이클의 단축이 요구되므로, 형 장치 전체의 열용량을 작게 할 필요가 있고, 그로 인해 장치의 소형화를 도모할 필요가 있다.

또한, 본 실시예의 형 장치에 있어서, 4대의 형 부재에 의해 동일 성형품, 예를 들어 동일 두께 치수의 렌즈를 얻기 위해서는, 도 2, 도 9에 도시하는 하형 가압 로드(302)와 상승하는 하형(101)에 의해 상형(102)과 하형(101)으로 성형품을 압박하고, 몸통형(100)에는 하형(101)을 누르지 않고, 성형품의 두께 치수가 정해진다. 따라서, 냉각 중의 성형품의 압입량을 균등하게 하기 위해서는, 압력이 균등하게 4분할되어 있는 것이 절대 조건이 된다.

그것을 위해서는 4대의 하형(101)에 독립적으로 균등한 압박력을 작용시키고, 또한 각 하형(101)에 충분한 압박력을 작용시킬 필요가 있다.

본 실시예에서는, 상기한 문제의 해결을 위해, 하형 상승 실린더(340)의 압박력을 스프링 부재, 특히 도 9에 도시하는 압축 스프링(332)을 챔버(3)의 외부에 설치한 전술한 바와 같은 가압 조정 기구를 구비한다. 각 4대의 형 세트에 있어서, 그 중 3대의 하형(101)에만 압력이 작용하는 상태일 때에, 다른 1대의 하형(101)에 압력이 작용하지 않는 상태가 발생해도, 하형 상승 실린더(340)로부터의 압박에 의해 하형 가압 로드(302)를 통해 압축 스프링(332) 하중을 가함으로써, 상기 미접촉 하형(101)에 하형 상승 실린더(340)로부터의 압력을 작용시킬 수 있다. 이에 의해 4대의 하형(101)에 가해지는 압력은 항상 일정하게 보장할 수 있으므로, 성형품의 두께 치수가 유지된다.

다음에, 압축 스프링(332)의 구체예에 대해 기술한다. 즉, 1개의 외경이 ø18㎜, 내경이 ø9㎜, 스프링 정수가 23.5N/㎜, 최대 하중이 382N, 자유 높이가 45㎜로 이루어지는 실리콘 크롬 강선으로 이루어지는 평각선 스프링을 1개 사용하여, 지레 로드(330)를 지지하는 지레 지지점 부재(331)의 위치를 상형 가압 로드(202)까지의 거리와 압축 스프링(232)까지의 거리의 비가 1 : 7이 되도록 설정하여 각 부재를 조립하였다. 이 결과, 지레의 원리에 의해 압축 스프링(332)의 최대 하중의 7배의 하중에 견디는(금회의 경우에는 2.68kN) 가압 조정 기구를 구성할 수 있었다. 이것을 각 하형(101)에 대응하도록 4대분 조립함으로써, 4개 취출용 가압 조정 기구가 완성된다(전체 압력으로 10.7kN까지 견딘다). 따라서, 챔버 내에 접시 스프링을 조립하는 특허 문헌 1의 성형 장치와 비교하여, 대량의 접시 스프링을 조립할 필요가 없으므로 조정의 필요가 없고, 또한 챔버(3)의 외측에 설치하므로 공간에 여유가 있어, 설계가 용이해진다. 또한, 압축 스프링(332)을 냉각할 필요도 없다.

통상의 피아노 선을 사용한 압축 스프링이라도 동일한 구성이 가능하다. 구체적으로는 1개의 외경이 ø25㎜, 선 직경이 ø3.5㎜, 스프링 정수가 28.4N/㎜, 최대 하중이 0.49kN, 자유 높이가 40㎜로 이루어지는 피아노 선으로 이루어지는 평각 선 스프링을 1개 사용하여, 지레 로드(330)를 지지하는 지레 지지점 부재(331)의 위치를 하형 가압 로드(302)까지의 거리와 압축 스프링(332)까지의 거리의 비가 1 : 6이 되도록 설정하여 각 부재를 조립하였다. 이 결과, 지레의 원리에 의해 압축 스프링(332)의 최대 하중의 6배의 하중에 견디는(금회의 경우에는 1.96kN) 가압 조정 기구를 구성할 수 있었다. 이것을 각 하형(101)에 대응하도록 4대분 조립함으로써 4개 취출용 가압 조정 기구가 완성된다(전체 압력으로 7.84kN까지 견딘다). 이 상태로, 하형 상승 실린더(340)의 로드 추력[4대의 하형(101)에 가해지는 총 가압력]을 6.86kN으로 설정하여, 각 하형 가압 로드(302) 사이의 압력 편차를 측정한바, 레인지로 98N의 편차로 억제되는 것을 확인하였다. 그 후에, 압박판(104)까지의 높이의 편차가 0.2㎜ 이내로 조정된 형 세트를 사용하여, 성형 조건의 하나인 프레스 시에는 19.6kN의 몸통형 상승 압력, 냉각 중에는 6.86kN의 하형 상승 압력이고, 완성 치수가 ø10㎜, 중심 두께가 3.5㎜, 렌즈면의 곡률이 각각 15, 20㎜인 비디오 카메라용 렌즈를 성형한바, 4대 모두 거의 동시에 마모 등의 문제가 발생하는 경우 없이, 완전히 절단되고, 완성된 성형품도 각 형으로 형성되는 캐비티 공간과 완전히 일치하여, 두께 정밀도와 광학적인 면의 기울기의 허용값을 충분히 만족시키는 성형품이 얻어졌다.

그리고, 도 2의 프레스 조작 기구(2)를 사용하여, 유리 소재(G)를 프레스 성형할 때에는, 우선 도 10의 (a)에 도시하는 상태로부터, 실린더 기구(210)(도 2 참조)에 의해 상형 가압 로드(202)를 하방 이동시켜 몸통형(100)을 하강시키면, 하단부 훅부(212B)에 현수 부재(105)의 플랜지부(105C)가 접한다. 이로 인해, 현수 부 재(105)는 하강 이동하지 않고, 상형(102)도 하강 이동하지 않고, 이에 의해, 소위 형 개방을 이룬다. 그리고, 도 3에 도시한 흡착 핸드(402)에 의해, 유리 소재(G)를 성형형(1) 내의 하형(101)으로 도입하고, 히터로 가열한다.

다음에, 실린더 기구(210)에 의해 상형 가압 로드(202)를 상방 이동시켜 몸통형(100)을 상승시키면, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 상형(102)에 유리 소재(G)가 압박된다.

계속해서, 실린더 기구(210)에 의해 몸통형(100)을 더 상승시키면, 도 10의 (c)와 같이, 상형 가압 로드(202)가 압박판(104)을 통해, 상형(102)의 중심에 프레스압을 가한다[그 후, 냉각 시에 실린더 기구(340)는 상형 가압 로드(202)를 밀어 올리고, 밀어올림 부재(300)를 통해 하형(101)을 상향으로 압박한다].

따라서, 몸통형(100)과 상형(102)의 미끄럼 이동 부분에 미끄럼 이동상 필요한 간극이 있어도, 상형(102)의 자세가 수직으로 유지된 상태로 몸통형(100)을 상승시킬 수 있고, 결과적으로, 수평 방향에 관하여, 상형(102) 및 하형(101)의 각 성형면의 위치 어긋남이 없어, 성형된 광학 소자의 광축에 대한 광학 기능면의 위치를 정확하게 유지한 상태로 형성할 수 있다.

특히, 본 실시예에서는 공통의 실린더 기구(210)로 몸통형(100)을 구동하고, 4대의 상형(102)으로 동시에 프레스하는 관계로부터, 상형(102) 및 상형 가압 로드(202)의 치수 오차를 흡수할 필요가 있다. 그러나, 상형 가압 로드(202)는 가압 조정 기구(208)로 탄성 지지되어 있으므로, 도 10의 (c)에 도시한 바와 같이, 상형(102)의 대경부(102A)와 스페이서(102C)를 통해 몸통형(100)의 상단부 표 면(100a)이 접한 후, 몸통형(100)이 더 상승해도, 그 위치에서 상승을 종료할 수 있다.

또한, 성형 후, 형 개방을 행하기 위해, 실린더 기구(210)의 작용으로 몸통형(100)을 하강시키면, 도 10의 (d)에 도시한 바와 같이 하단부 훅부(212B)가 현수 부재(105)를 유지하지만, 이때, 얼라인 부재(106)가 작용하여 자동 얼라인 작용을 한다. 따라서, 상형(102)은 그 중심에서 유지력을 받기 때문에, 상기 간극의 범위에서 기우는 일이 없고, 가령, 몸통형(100)에 대해 홀더 블록(203), 현수 부재(105), 플랜지부(102B)가 충분한 정밀도를 유지하고 있지 않아도, 마모가 발생하는 경우가 없어, 상형(102)은 그 자리에서 유지되고, 몸통형(100)은 수직으로 하강할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 상형(102)과 하형(101)의 양쪽에 압력 분배 수단을 마련하였으나, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 양쪽에 압력 분배 수단을 마련하지 않거나, 또는 상형(102) 또는 하형(101) 중 적어도 한쪽에 마련해도 좋다.

(유리 가열 기구)

유리 가열 기구는, 도 11에 도시한 바와 같이 유리 가열 히터(600)와 구동부(604)로 이루어진다. 유리 가열 히터(600)는 카트리지 히터(602)를 내장하여, 독립된 온도 조절기에 접속되어, 유리 가열 히터(600)에 삽입된 열전대(603)에 의해 제어된다. 유리 가열 히터(600)는 고온으로 설정되므로(예를 들어, 900℃), 고온에 견디는 재질로 만들어진다(예를 들어, SKD61, SKD62, 하스테로이, 보다 바람직하게는 아니비로이, 초경합금). 구동부(604)는 히터부(601)와 구동부(604)를 연 결하는 연결부(605)를 구비하고, 몸통형의 개구부로부터 유리 가열 히터(600)를 삽입 가능하게 한다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 프레스 성형 장치를 사용하여, 구체적으로 광학 소자 성형품을 성형하는 공정을, 유리 소재(G)를 중심으로 반입ㆍ성형ㆍ반출의 순서로 설명한다. 또한, 여기서 성형되는 광학 소자는 카메라, 비디오 카메라 등에 사용되는 비구면 렌즈이다.

유리 소재(G)는 미리 구형으로 성형된 유리 블랭크로, 우선 도 1의 스토커(20)의 팔렛트(20C) 상에 놓인다. 그리고, 로봇(19)이 가동되어, 그 위치에 흡착 밴드(193)를 가져와, 팔렛트(20C)로부터 1개의 유리 소재(G)를 흡착ㆍ유지한다. 다음에, 로봇(19)의 동작으로 흡착 밴드(193)는 적재대(172) 상에 상기 유리 소재(G)를 놓는다. 이것을 4회 반복하여 4개의 유리 소재(G)를 적재대(172)에 놓는다. 적재대(172) 상의 유리 소재(G)는 실온이고, 미리 가온되어 있지 않은, 전술한 바와 같이 반입ㆍ반출 수단(17)의 작용으로 성형 챔버(3) 내로 반입되고, 폴리이미드 수지제의 교체 수단(4)의 흡착 패드(403)에 의해 흡착ㆍ유지되어, 성형형(1) 내로 도입된다. 또한, 여기서는 미리 상형(102) 및 하형(101)이, 예를 들어 유리 점도로 10¹⁶ 포이즈 정도의 온도로 가온되어 있다.

성형형(1) 내로 유리 소재(G)가 도입되면, 도 1에 도시되는 유리 소재 얼라인 기구(500)가 성형형(1) 내로 도입되고, 유리 소재 얼라인 실린더(501)의 움직임에 의해, 유리 소재(G)를 하형(101)의 중심에 위치하도록 얼라인 동작한다.

그리고, 카트리지 히터(602)에 의해 900℃로 유지된 유리 가열 히터(600)가, 실린더 기구(604)의 작동에 의해 몸통형(100)의 창으로부터 하형(101)과 유리 소재(G)의 상방, 상형(102)의 하방 사이로 삽입된다. 상형(102)과 하형(101)은 몸통형(100)에 설치된 카트리지 히터에 의해, 예를 들어 유리 점도로 10⁹ 포이즈 정도의 온도로 가열된다. 한편, 유리 소재(G)는 유리 가열 히터(600)에 의해, 예를 들어 유리 점도로 10⁷ 포이즈 정도의 온도로 가열된다. 원하는 시간, 유리 소재(G) 및 상형(102) 및 하형(101)이 가온된 후(예를 들어, 90초), 실린더 기구(604)를 작동시켜 유리 가열 히터(400)를 몸통형(100)의 창으로부터 인발하고, 그곳에서, 예를 들어 몸통형 상승 실린더를 196㎫의 압력으로 상승시켜 프레스 성형한다. 플랜지부(102A)가, 스페이서(102C)를 통해 몸통형(100)의 상단부에 충분히 접촉한 후(예를 들어, 10초 후), 몸통형(100)의 히터를 끄고 상형(102) 및 하형(101)의 냉각 매체 도입부(101B, 102D)로 냉각 매체를 도입하고, 상형(102) 및 하형(101)의 온도가 유리 점도로 10^10.5로부터 10¹³ 포이즈 정도의 사이에서, 하형(101)으로 하방으로부터 프레스압을 가한다(예를 들어, 전체 압력으로 98㎫). 한편, 상형(102)의 절결부와 성형품 사이에 성형품이 형 개방될 때에 상형(102)에 붙은 상태가 되지 않도록 하기 위한, 실린더를 구비한 삽입 제거 기구를 장비한 성형품 상형 부착 방지 부재(700)(도 1 참조)를 삽입한다. 그 후, 냉각을 계속하여, 성형품의 온도가, 예를 들어 유리 점도로 10^14.5 포이즈가 된 후, 몸통형(100)을 하강시켜[성형품 상형 부착 방지 부재(700)는 몸통형(100)과 함께 하강], 형 개방을 하고, 성형품 상형 부착 방지 부재(700)를 빼서, 앞의 흡착 패드(403)로 성형품을 하형(101)과 상형(102) 사이로부터 취출한다. 성형품 상형 부착 방지 부재(700)와 상형(102) 등과의 관계를 도 12, 도 13에 도시한다. 도 12에는 성형품 상형 부착 방지 부재(700)를 횡방향에서 본 도면이고, 도 13은 상방향에서 본 도면이다.

이 후, 성형품은 교체 수단(4)의 반대의 작용으로, 적재대(172)로 복귀되고, 반입ㆍ반출 수단(17)에 의해 성형 챔버(3)로부터 취출되고, 또한 로봇(19)의 작용으로 팔렛트(20C)로 복귀된다.

또한, 본 실시 형태에서는 성형형(1)은 4대(세트)의 상형(102) 및 하형(101)을 공통의 몸통형(100) 내에서 가동하도록 하였으나, 도 8과 동일한 구조를, 1대의 상형(102) 및 하형(101)에 대해, 전술한 바와 같은 얼라인 부재(106)의 구조를 채용해도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는, 성형형(1)은 4대의 상형(102) 및 하형(101)을 공통의 몸통형(100) 내에서 가동하도록 하였으나, 도 14와 같이 몸통형(100)을 상부 몸통형(702), 하부 몸통형(704)으로 분할하는 동시에, 상부 몸통형(702)에 4대의 상형(102)을 일체적으로 유지시키고, 또한 하부 몸통형(704)에 4대의 하형(101)을 일체적으로 유지시키고, 그리고 상부 몸통형(702) 및 하부 몸통형(704)을 긴 핀(706)에 의해 가이드하면서 미끄럼 이동하는 타입의 구조를 채용해도 좋다. 이 구조에서는, 상부 몸통형(702)이 얼라인 부재(106)에 의해 현수 지지되어 있다.

이상에 설명한 바와 같이, 적어도 상형(102)의 중심에서 몸통형(100)과의 미 끄럼 이동면과 평행한 프레스압이 작용하도록 현수 부재(105)가 압박판(104)을 통해 대응하고, 또한 상기 중심에서 인하력이 작용하도록 훅 부재(212)에 현수 지지되는 현수 부재(105)가 얼라인 부재(6)를 통해 연동되는 구성으로 하였으므로, 유리 소재(G)에 대해 프레스 성형하는 경우 및 형성된 광학 소자 성형품을 이형할 때, 상형(102)에 대해 가하는 몸통형 상하 부재의 힘이, 항상 상형(102)의 중심을 통과하도록 작용시킬 수 있어, 광학 기능면이 광축에 대해 정확하게 위치하는, 정밀도가 높은 광학 소자를 효율적으로 제조할 수 있다.

본 발명에 의해 내구성이나 광학 유리와의 이형성이 우수한 정밀 프레스 성형법에 적합한 광학 유리용 성형형을 제공할 수 있다. 또한, 본 형을 사용하여 광학 유리를 프레스 성형함으로써 각종 광학 소자를 성형한 후에 연마 등을 하지 않고 제조할 수 있으므로, 양산성이 있고, 또한 원가면에서도 유리한 광학 소자 제조법을 제공할 수 있다.

Claims

유리 소재를 복수 쌍의 상형 및 하형으로 프레스하여 광학 소자를 성형하는 프레스 성형 장치이며,

상기 복수의 하형에 압력을 부여하는 하형 압력 부여 수단과,

상기 복수 쌍의 상형 및 하형을 가이드하는 몸통형과,

상기 몸통형을 밀어 올림 동작시키는 압력 발생 수단과,

상기 복수의 상형을 따라서 상기 몸통형을 미끄럼 이동시킴으로써 각 상형을 얼라인하는 얼라인 수단을 구비하고 있고,

상기 얼라인 수단은 상기 각 상형을 현수 지지하는 동시에, 상기 압력 발생 수단에 의해 상기 몸통형을 상기 각 상형을 따라서 밀어 올림 동작시킬 때에 상기 몸통형의 이동 축선에 대해 직교하는 평면에 있어서 상기 각 상형을 이동 가능하게 하는 현수 부재를 갖는, 광학 소자의 프레스 성형 장치.
제1항에 있어서, 상기 각 상형을 하방을 향해 압박하는 동시에 상기 각 상형에 독립적으로 압력을 부하시키기 위한 지레 수단을 갖는 상형 압력 분배 수단을 더 구비하고 있는, 광학 소자의 프레스 성형 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 하형을 상방을 향해 압박하는 동시에 각 하형에 독립적으로 압력을 부하시키기 위한 지레 수단을 갖는 하형 압력 분 배 수단을 더 구비하고 있는, 광학 소자의 프레스 성형 장치.
제2항에 있어서, 상기 상형 압력 분배 수단은 지지점을 통해 요동 가능하게 배치된 요동 부재이며, 그 일단부가 상기 각 상형의 상단부와 접촉되는 동시에, 그 타단부가 스프링 부재에 연결됨으로써 상기 각 상형을 하방을 향해 압박하는 요동 부재를 구비하고, 상기 각 상형에 작용하는 압력을 상기 스프링 부재가 압축됨으로써 조정하는, 광학 소자의 프레스 성형 장치.
제3항에 있어서, 상기 하형 압력 분배 수단은 지지점을 통해 요동 가능하게 배치된 요동 부재이며, 그 일단부가 상기 각 하형의 하단부와 접촉되는 동시에, 그 타단부가 스프링 부재에 연결됨으로써 상기 각 하형을 하방을 향해 압박하는 요동 부재를 구비하고, 상기 각 하형에 작용하는 압력을 상기 스프링 부재가 압축됨으로써 조정하는, 광학 소자의 프레스 성형 장치.
제4항에 있어서, 상기 상형 압력 분배 수단은 상기 요동 부재의 요동 지지점이 가변이고, 상기 스프링 부재의 변경없이 상기 각 상형에 작용하는 압력이 조정되는, 광학 소자의 프레스 성형 장치.
제5항에 있어서, 상기 하형 압력 분배 수단은 상기 요동 부재의 요동 지지점이 가변이고, 상기 스프링 부재의 변경없이 상기 각 하형에 작용하는 압력이 조정 되는, 광학 소자의 프레스 성형 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 스프링 부재는 권취 스프링인, 광학 소자의 프레스 성형 장치.
제1항에 있어서, 상기 상형 압력 발생 수단으로부터의 압력을 상기 각 상형에 분배하는 상형 압력 분배 수단과, 상기 하형 압력 발생 수단으로부터의 압력을 상기 각 하형에 분배하는 하형 압력 분배 수단을 더 구비하고 있는, 광학 소자의 프레스 성형 장치.