KR100204927B1 - A method and apparatus for optical glass - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프리폼유리면과 상,하부성형틀의 렌즈성형면 사이에 매우 얇은 가스 갭이 형성되도록 하여 렌즈성형면을 프리폼유리에 간접 전사시킴으로써, 성형틀의 내구성과 함께 광학렌즈의 표면정도를 향상시키기 위한 것으로, 렌즈성형면이 형성되면 다공질의 분말 소결체로 이루어지는 상,하부성형틀과, 상기 상,하부 성형틀이 상,하부고정링에 의하여 각각 부착되며 내부에 상,하부성형틀에 가압가스가 공급되도록 가스주입구가 형성되는 상,하부프레스와, 상기 상,하부프레스가 체결지지되는 상,하부고정판으로 구성되어, 구형 또는 원판형의 프리폼유리를 다공질의 분말 소결체로 이루어진 성형틀에 장입하는 단계와, 이후, 프리폼유리를 성형에 적정온도가 되도록 가열하는 단계와, 적정온도로 가열되면, 상,하부프레스에 의해 상,하성형틀을 가압하면서 가스주입구로 가압가스를 공급하여 렌즈성형면의 가스 갭을 통해 프리폼유리를 간접 전사시켜 성형하는 단계와, 이후 성형된 최종렌즈를 외부로 취출하는 단계를 포함하는 광학유리의 성형장치 및 그 방법이다.According to the present invention, a very thin gas gap is formed between the preform glass surface and the lens forming surface of the upper and lower molding frames, thereby indirectly transferring the lens molding surface to the preform glass, thereby improving the surface accuracy of the optical lens together with the durability of the molding frame. When the lens forming surface is formed, the upper and lower forming molds made of a porous powder sintered body, and the upper and lower forming molds are attached by upper and lower fixing rings, respectively, and pressurized gas is applied to the upper and lower forming molds. A step of charging a spherical or disc-shaped preform glass into a molding frame made of a porous powder sintered body, comprising a top and bottom press formed with a gas inlet to be supplied, and a top and bottom fixed plate to which the top and bottom presses are fastened and supported. And, thereafter, the step of heating the preform glass to the appropriate temperature for molding, and when heated to the appropriate temperature, the upper and lower forming mold by the upper and lower presses Apparatus for molding an optical glass including supplying a pressurized gas to the gas inlet while pressing and indirectly transferring the preform glass through a gas gap of the lens forming surface, and then taking out the final lens to the outside, and Way.
Description
제1도는 종래 광학유리의 성형장치를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional molding apparatus for optical glass.
제2도는 본 발명 광학유리의 성형장치를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing a molding apparatus of the optical glass of the present invention.
제3도는 본 발명 광학유리의 성형장치에 따른 성형방법을 나타낸 것으로,Figure 3 shows a molding method according to the molding apparatus of the optical glass of the present invention,
제3a도는 프리폼유리 장입시,Figure 3a shows the preform glass loading,
제3b도는 가열시, 제3c도는 성형시를 각각 나타내는 단면도.3b is a sectional view showing a heating time and FIG. 3c is a molding time.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 상부성형틀 11 : 하부성형틀10: upper mold 11: lower mold
12 : 가스 갭(gap) 20 : 상부고정링12: gas gap 20: upper fixing ring
21 : 하부고정링 30 : 상부프레스21: lower fixing ring 30: upper press
31 : 하부프레스 32 : 가스주입구31: lower press 32: gas inlet
50 : 프리폼유리50: preform glass
본 발명은 금형의 내구성 및 광학렌즈의 표면정도를 향상시키는 광학유리의 성형장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical glass forming apparatus and a method for improving the durability of the mold and the surface accuracy of the optical lens.
일반적인 광학유리의 성형은 유리를 용융 또는 연화시켜 금형에 넣은 후에 가압하여 성형시키고, 다음에 서냉시켜 수차가 제거된 상태로 만든 다음에 냉간에서 연삭과 연마를 거치는 방법으로 제작하였다. 그러나 최근에는 특수한 금형재로를 이용해서 금형표면을 광학적인 경면으로 가공하고 진공 또는 비산화성 분위기에서 열간 프레스 성형함으로써, 연삭과 연마를 하지 않고도 고정밀도의 렌즈를 제작할 수 있는 방법을 채택하고 있다.In general, the molding of the optical glass is made by melting or softening the glass into a mold, pressing the molded glass, then slow cooling to remove the aberration, and then grinding and polishing in cold. However, in recent years, by using a special mold material, the surface of the mold is processed into an optical mirror surface and hot press formed in a vacuum or non-oxidizing atmosphere, thereby adopting a method capable of producing a high-precision lens without grinding and polishing.
이러한 정밀성형장치를 응용한 종래 광학유리의 성형용 금형은 제1도에 도시되는 바와 같이, 렌즈성형면이 형성되는 상,하부성형틀(1,1a)과, 이 상,하부성형틀(1,1a)이 각각 체결되는 상,하부고정링(2,2a)과, 이 상,하부고정링(2,2a) 및 상, 하부성형틀(1,1a)이 지지체(5)를 통하여 각각 부착되는 상,하부프레스(3,3a)와, 이 상,하부프레스(3,3a)가 체결지지되는 상,하부고정판(4,4a)으로 구성되었다.As shown in FIG. 1, the mold for molding an optical glass using the above precision molding apparatus includes the upper and lower molds 1 and 1a on which the lens molding surface is formed, and the upper and lower molds 1. The upper and lower fixing rings (2, 2a), and the upper and lower fixing rings (2, 2a), and the upper and lower forming molds (1, 1a), respectively, to which 1a is fastened, are attached through the support 5, respectively. Upper and lower presses 3 and 3a and upper and lower fixing plates 4 and 4a to which the upper and lower presses 3 and 3a are fastened and supported.
이러한 종래 광학유리의 성형장치는 제1도에 도시되는 바와 같이, 구형 또는 원판형으로 된 프리폼유리(6)를 하부성형틀(1a)에 형성되는 렌즈성형면에 장입하고, 성형실 내부를 진공 또는 비산화성 분위기로 조성한 후, 프리폼유리(6)가 가열 연화되는 온도까지 저항가열 또는 유도가열 방식의 외부 열원에 의해 가열시키고, 하부프레스(3a)를 상승시킴에 따라 상,하부프레스(3,3a)의 가압력에 의하여 상,하부성형틀(1,1a)에 고정도로 가공된 구면 또는 비구면의 렌즈면 형상이 프리폼유리(6)에 전사되었다.In the conventional optical glass forming apparatus, as shown in FIG. 1, a preform glass 6 having a spherical or disc shape is charged to a lens forming surface formed in the lower mold 1a, and the inside of the molding chamber is vacuumed. Alternatively, after the composition is formed in a non-oxidizing atmosphere, the preform glass 6 is heated to a temperature at which the softening is softened by an external heat source of resistance heating or induction heating, and the lower press 3a is raised to raise the upper and lower presses 3, According to the pressing force of 3a), the spherical or aspherical lens surface shape processed with high accuracy on the upper and lower molding dies 1 and 1a was transferred to the preform glass 6.
이후, 전사된 렌즈면이 변형되지 않도록 서냉시킨 다음에 입력을 제거시키며, 일정온도까지 냉각시켜 성형된 최종렌즈를 외부로 취출하였다.Thereafter, the transferred lens surface was cooled slowly so as not to deform, and then the input was removed, and the final lens was taken out by cooling to a predetermined temperature.
이렇게 성형된 광학렌즈의 성능에 요구되는 주요특성은 형상정도, 표면조도, 틸트 및, 디센터 등으로, 형상정도와 표면조도는 상,하부성형틀(1,1a)의 렌즈성형면의 가공정도와 내구성의 영향을 받으며, 틸트와 디센터는 성형장치의 정밀도와 금형의 설계 및 조립공차 등의 영향을 받게 된다.The main characteristics required for the performance of the molded optical lens are shape accuracy, surface roughness, tilt and decenter, and the shape accuracy and surface roughness are the processing accuracy of the lens forming surface of the upper and lower molds (1, 1a). And the tilt and decenter are affected by the precision of the molding machine and the design and assembly tolerances of the mold.
이러한 주요특성으로 고급 카메라나 캠코더 등에 사용되는 비구면렌즈의 형상정도는 0.1㎛, 표면조도는 0.01㎛ Rmax 이하, 틸트는 1'(분)이내이며, 디센터는 10㎛의 값이 요구된다.As a main characteristic, the aspheric lens used in high-end cameras and camcorders has a shape accuracy of 0.1 μm, a surface roughness of 0.01 μm Rmax or less, and a tilt of 1 μm or less, and a decenter of 10 μm.
그러나, 이러한 종래 광학유리의 성형장치는, 상,하성형틀의 렌즈성형면에 이물질이 부착되거나 고온에서 장시간 작업할 경우, 상,하성형틀과 광학유리 소재사이에 화학반응이 일어나 광학유리가 렌즈성형면에 부착되거나 렌즈성형면이 마모되기 때문에, 성형되는 렌즈의 표면정도가 저하되므로, 형상정도 및 표면조도가 우수한 고품질을 얻기 어려운 문제점이 있었다.However, in the conventional optical glass molding apparatus, when foreign matter adheres to the lens forming surfaces of the upper and lower molding frames, or when working at a high temperature for a long time, a chemical reaction occurs between the upper and lower molding frames and the optical glass material, so that the optical glass is formed by lens molding. Since the surface of the lens to be formed is lowered because it is attached to the surface or the lens forming surface is worn, there is a problem that it is difficult to obtain a high quality excellent in shape and surface roughness.
한편, 이러한 점을 해결하기 위해 이물질 제거용 노즐을 성형실 벽에 설치하고, 렌즈의 성형완료 후, 비산화성 가스를 분사시켜 렌즈성형면에 부착된 이물질을 제거시키거나, 경면 가공된 렌즈성형면에 피막을 입히는 방법 등의 채택되어져 왔으나, 이러한 광학유리 성형틀의 수명은 최대 10,000쇼트(shot)이하이며, 일반적으로 상기와 같은 성형장치로 렌즈를 성형할 경우 경쟁력을 갖출 수 있는 성형틀의 내구성은 최소 10,000쇼트 이상은 되어야 한다.On the other hand, to solve this problem, a nozzle for removing foreign substances is installed on the wall of the molding chamber, and after the molding of the lens is completed, a non-oxidizing gas is sprayed to remove foreign substances attached to the lens molding surface, or a mirror-molded lens molding surface. It has been adopted, such as a method for coating the film, the life of the optical glass mold is up to 10,000 shot (shot) or less, in general, the durability of the mold to be competitive if the lens is molded by the molding apparatus as described above Should be at least 10,000 shots.
본 발명의 목적은 프리폼유리면과 상,하부성형틀의 렌즈성형면 사이에 매우 얇은 가스 갭이 형성되도록 하여 렌즈성형면을 프리폼유리에 간접 전사시킴으로써, 성형틀의 내구성과 함께 광학렌즈의 표면정도를 향상시키기 위한 광학유리의 성형 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to form a very thin gas gap between the preform glass surface and the lens forming surface of the upper and lower molds, thereby indirectly transferring the lens molding surface to the preform glass, thereby improving the surface accuracy of the optical lens together with the durability of the mold. It is to provide an apparatus and method for forming an optical glass for improving.
이하 본 발명의 기술적 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the technical details of the present invention will be described in detail.
본 발명 광학유리의 성형장치는 제2도에 도시되는 바와 같이, 렌즈성형면이 형성되며 기공 직경이 0.5∼ 3㎛ 정도되는 다공질의 분말 소결체로 이루어지는 상, 하부성형틀(10,11)과, 이 상,하부성형틀이 상,하부고정링(20,21)에 의하여 각각 부착되며 상,하부성형틀(10,11)에 가스가 공급되도록 내부에 가스주입구(32)가 형성되는 상,하부프레스(30,31)와, 이 상,하부프레스(30,31)가 체결 지지되는 상,하부 고정판(40,41)으로 구성함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.As shown in FIG. 2, the apparatus for forming an optical glass of the present invention comprises a phase and a lower mold 10 and 11 formed of a porous powder sintered body having a lens forming surface and having a pore diameter of about 0.5 to 3 μm, The upper and lower molds are attached by upper and lower fixing rings 20 and 21, respectively, and the upper and lower parts of the gas inlet 32 are formed therein to supply gas to the upper and lower molds 10 and 11. The technical features include the presses 30 and 31 and the upper and lower fixing plates 40 and 41 to which the upper and lower presses 30 and 31 are fastened and supported.
이러한 본 발명 광학유리의 성형장치에 따른 성형방법을 제3도를 통해 설명하면, 먼저(a)에서와 같이 구형 또는 원판형의 프리폼유리(50)를 0.5∼3㎛정도의 기공 직경을 갖고 있는 분말 소결체의 하부성형틀(11)에 장입한다. 이 경우, 분말 소결체로 제작되는 상,하부성형틀(10,11)의 재료는 분말 성형이 가능한 스테인레스강이나 초경합금 또는 세라믹 등이 적용될 수 있다.The molding method according to the molding apparatus of the optical glass of the present invention will be described with reference to FIG. 3. As shown in (a), the spherical or disc-shaped preform glass 50 has a pore diameter of about 0.5 to 3 μm. It is charged to the lower mold 11 of the powder sintered compact. In this case, as the material of the upper and lower forming molds 10 and 11 formed of the powder sintered body, stainless steel, cemented carbide, ceramic, etc., which may be powder-molded, may be applied.
이렇게 프리폼유리(50)을 장입시킨 후, (b)에서와 같이 프리폼유리(50)를 가열 연화되는 온도까지 외부의 열원에 의해 가열시키는데, 성형하고자 하는 적정온도가 되면 상,하부프레스(30,31)에 의해 상,하부성형틀(10,11)이 상호 접촉되도록 이송시키면서 상,하부프레스(30,31)에 형성되는 가스주입구(32)로 비산화성 가압가스를 공급하게 된다.After charging the preform glass 50 in this way, as shown in (b), the preform glass 50 is heated by an external heat source to a temperature which is softened by heat. When the appropriate temperature to be formed is reached, the upper and lower presses 30, 31) while supplying the upper and lower forming molds 10 and 11 in contact with each other, the non-oxidizing pressurized gas is supplied to the gas injection holes 32 formed in the upper and lower presses 30 and 31.
상기 비산화성 가스는 질소(N2)등의 중성기체나, 수소(H2)등의 환원성 기체, 혹은 아르곤(Ar), 네온(Ne), 헬륨(He), 제논(Xe)등의 불활성 기체를 한 종류 또는 두 종류를 혼합하여 사용하고, 상기 가스의 압력은 1 ∼ 5 기압이 적당하며, 또한 상기 가스의 사용 유량으로는 1 ∼ 5 sccm(standard cubic centi-meter per minute)를 사용하는 것이 바람직하다.The non-oxidizing gas is a neutral gas such as nitrogen (N 2 ), a reducing gas such as hydrogen (H 2 ), or an inert gas such as argon (Ar), neon (Ne), helium (He), or xenon (Xe). Is used or a mixture of two kinds, the pressure of the gas is 1 to 5 atm is suitable, and the use flow rate of the gas is to use 1 to 5 sccm (standard cubic centi-meter per minute) desirable.
한편, (c)에서와 같이, 상,하부성형틀(10,11)이 접촉되면 프리폼유리(50)가 상,하부성형틀(10,11)에 형성되는 렌즈성형면을 전사받게 되는데, 이 경우 다공질로 된 상,하부성형틀(10,11)을 통과하는 가스로 인해 성형되는 프리폼유리(50)의 표면과 상,하부성형틀(10,11)의 렌즈성형면 사이에 매우 얇은 가스 갭(12)이 형성되고, 이 가스 갭(12)에 의해 렌즈성형면이 프리폼유리(50)에 간접적으로 전사되어진다.On the other hand, as shown in (c), when the upper, lower mold 10, 11 is in contact with the preform glass 50 is transferred to the lens forming surface formed in the upper, lower mold 10, 11, this In this case, a very thin gas gap between the surface of the preform glass 50 formed by the gas passing through the porous upper and lower molds 10 and 11 and the lens forming surfaces of the upper and lower molds 10 and 11. 12 is formed, and the gas gap 12 transfers the lens shaping surface indirectly to the preform glass 50.
이 경우, 상,하부성형틀(10,11)을 관통해 들어오는 가스는 상,하부성형틀(10,11)의 내부 기공에 의해 렌즈성형면 전체에 균일하게 통과되어 고온의 프리폼유리(50)가 균일한 표면정도로 성형되도록 한다.In this case, the gas passing through the upper and lower molds 10 and 11 is uniformly passed through the entire lens forming surface by the internal pores of the upper and lower molds 10 and 11, thereby providing high temperature preform glass 50. Make sure the surface is molded to a uniform surface.
이 후, 전사된 렌즈면이 변형되지 않도록 서냉시킨 다음에 압력을 제거시키며, 일정온도까지 냉각시켜 성형된 최종렌즈를 외부로 취출한다.Thereafter, the transferred lens surface is cooled slowly so as not to deform, and then the pressure is removed, and cooled to a predetermined temperature to take out the molded final lens to the outside.
이와 같이, 렌즈성형면에 가스 갭(12)이 형성되도록 하여 렌즈를 제작하게 되면, 상,하부성형틀(10,11)의 렌즈성형면이 프리폼유리(50)와 직접 접촉되지 않기 때문에 이 물질의 흡착과 광학유리의 융착 및 성형면의 마모 등을 방지할 수 있어 표면정도가 매우 높은 고정밀도의 렌즈를 용이하게 제작할 수 있는 장점이 있다.As such, when the lens is manufactured by forming a gas gap 12 on the lens molding surface, the lens molding surfaces of the upper and lower molds 10 and 11 do not directly contact the preform glass 50. It is possible to prevent the adsorption of the glass and the fusion of the optical glass and wear of the molded surface, there is an advantage that can easily manufacture a high precision lens with a very high surface accuracy.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 광학유리의 성형장치 및 그 방법은 프리폼유리면과 상,하부성형틀의 렌즈성형면 사이에 매우 얇은 가스 갭이 형성되도록 하여 렌즈성형면을 프리폼유리에 간접 전사시킴으로써, 고가인 성형틀의 내구성을 반영구적으로 향상시키고, 표면정도가 향상된 고품질의 렌즈를 지속적으로 제작할 수 있도록 하는 유용한 것이다.As described above, the molding apparatus and method of the optical glass of the present invention by forming a very thin gas gap between the preform glass surface and the lens shaping surface of the upper and lower molds by indirectly transferring the lens shaping surface to the preform glass It is useful to semi-permanently improve the durability of expensive molding die, and to continuously manufacture high quality lenses with improved surface accuracy.
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