KR100441545B1 - Molding method for plastic optical element and molding device - Google Patents
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Abstract
플라스틱 광학소자의 성형방법 및 성형장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 따른 플라스틱 광학소자의 성형장치는, 광학소자가 캐비티 내부에서 소정 온도 이하로 냉각되었을 때 경면을 제외한 광학소자의 측면을 가압하는 가압유닛과, 그 가압유닛에 의해 가압되는 광학소자의 측면을 소정 온도로 가열시키는 가열유닛을 포함한다. 이에 의하면, 캐비티 내부에서 냉각되는 광학소자의 측면 중 가압유닛 및 가열유닛에 의해 가압/가열되는 피가압면부분에만 수축변형이 집중적으로 발생되어 상기 피가압면부분 이외에서의, 즉, 경면에서의 수축변형이 보상될 수 있다.A molding method and a molding apparatus of a plastic optical element are disclosed. The molding apparatus of a plastic optical element according to the present invention, the pressing unit for pressing the side surface of the optical element excluding the mirror surface when the optical element is cooled to a predetermined temperature or less inside the cavity, and the optical element pressurized by the pressing unit It includes a heating unit for heating the side to a predetermined temperature. According to this, shrinkage deformation is intensively generated only on the pressurized surface portion which is pressed / heated by the pressurizing unit and the heating unit among the side surfaces of the optical element cooled inside the cavity, so that the Shrinkage can be compensated for.
Description
본 발명은 프린터의 광주사장치에 채용되는 에프-세타(F-θ) 렌즈 등의 플라스틱 광학소자에 관한 것으로서, 특히, 플라스틱 광학소자의 성형방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to plastic optical elements such as F-theta (F- [theta]) lenses employed in optical scanning devices of printers, and more particularly, to a molding method and apparatus for plastic optical elements.
통상적으로 광학기기들에는 외부로부터 입사되거나 내부에서 생성된 광을 굴절시키거나 반사시키기 위한 렌즈, 반사경 등의 광학소자들이 설치되며, 상기 광학소자들은 일반적으로 비결정조직의 플라스틱 또는 유리소재의 사출/압축 성형에 의해 제조된다.In general, optical devices are provided with optical elements such as lenses and reflectors for refracting or reflecting light incident from the outside or generated therein, and the optical elements are generally injection / compression of an amorphous plastic or glass material. It is manufactured by molding.
도 1은 상기 광학소자 중 에프-세타(F-θ) 렌즈(14)를 채용한 광주사장치(10)를 일례로 도시한 것이다. 광주사장치(10)는 통상적으로 프린터 등에 사용되어 감광드럼(5)에 정전잠상을 결상시키는 장치로서, 회전다면경(12)과 다수의 렌즈(14) 및 반사경(13)으로 형성되는 소정의 광경로 및 광원(11)을 포함한다. 이와 같이 구성된 광주사장치(10)는, 상기 광원(11)으로부터 출사된 광을 상기 광경로로 진행시켜 감광드럼(5)에 정전잠상을 결상시킨다. 도시된 바와 같이,에프-세타 렌즈(14)는 그 횡방향 길이가 긴 장척(長尺)형상으로 형성되며, 그 측면들 중 특히 전후면(14a)은 그 상하면(14b)과는 달리 광이 입사하고 출사됨에 따라 경면(鏡面)이라고도 불리운다.FIG. 1 shows an optical scanning device 10 employing an F-theta (F-θ) lens 14 among the optical elements as an example. The optical scanning device 10 is a device for forming an electrostatic latent image on the photosensitive drum 5, which is typically used in a printer or the like. The optical scanning device 10 is formed of a rotating multifaceted mirror 12, a plurality of lenses 14, and a reflecting mirror 13. A light path and a light source 11. The optical scanning device 10 configured as described above advances the light emitted from the light source 11 to the optical path to form an electrostatic latent image on the photosensitive drum 5. As shown, the F-theta lens 14 is formed in a long shape having a long transverse length, and particularly the front and rear surfaces 14a of the side surfaces are different from the upper and lower surfaces 14b. As it enters and exits, it is also called a mirror surface.
도 2는 상기 에프-세타 렌즈(14)와 같은 광학소자(14)를 성형하기 위한 종래의 성형장치(20)의 일례를 도시한 것이며, 도 3은 상기 성형장치(20)에 의해 형성된 광학소자(14)가 성형후 냉각되면서 발생되는 수축변형상태를 보인 것이다.FIG. 2 shows an example of a conventional molding apparatus 20 for molding an optical element 14 such as the F-theta lens 14, and FIG. 3 shows an optical element formed by the molding apparatus 20. (14) shows the shrinkage deformation generated while cooling after molding.
도면에 의하면, 상술한 바와 같이 경면(14a)을 가지는 장척형상의 광학소자(14)라 하더라도 그 제조는 사출/압축 방법을 이용하여 제조하는 여타 성형품과 유사한 방법이 사용된다. 즉, 광학소자(14)는 성형장치(20)의 고정금형(21)과 가동금형(23)이 밀착될 때 그 내부에 구획형성되는 캐비티(22)에 용융수지가 주입된 후 냉각됨으로써 성형되는 것이다.According to the drawings, even if the long optical element 14 having the mirror surface 14a as described above, the manufacturing method is similar to the other molded article manufactured using the injection / compression method. That is, the optical element 14 is formed by cooling the molten resin into the cavity 22 formed therein when the stationary mold 21 and the movable mold 23 of the molding apparatus 20 are in close contact with each other. will be.
이와 같이 성형된 광학소자(14)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 성형직후 은선으로 도시된 형상을 가지고 있지만, 이후 냉각되면서 실선으로 도시된 형상과 같이 수축되는 표면형상의 변형이 수반되며, 그 내부에는 냉각에 따른 잔류응력이 발생되는 경우도 있다. 이러한, 수축변형은 광학소자(14)의 전표면에서 발생되는데, 특히, 에프-세타 렌즈(14)와 같이 경면(14a)을 가지는 광학소자(14)의 경우, 상기 수축변형이나 잔류응력이 경면(14a) 근방에서 발생되면 광학소자(14)의 곡률등이 변형되어 상기 광학소자(14)를 통해 진행하거나 반사되는 광의 경로가 변경될 수 있는 문제를 수반한다.As shown in FIG. 3, the optical element 14 formed as described above has a shape shown by a hidden line immediately after molding, but is accompanied by deformation of a surface shape that shrinks like a shape shown by a solid line after cooling. There are cases where residual stresses occur due to cooling. Such shrinkage deformation occurs at the entire surface of the optical element 14, and in particular, in the case of the optical element 14 having the mirror surface 14a such as the F-theta lens 14, the shrinkage strain or residual stress is mirrored. (14a) occurs in the vicinity of the curvature of the optical element 14 is accompanied by a problem that the path of the light traveling or reflected through the optical element 14 can be changed.
따라서, 종래에는 이러한 경면(14a)의 수축변형을 억제하기 위해광학소자(14)의 성형시 별도의 압축장치(25)를 이용하여 캐비티(22) 내부에서 냉각되는 광학소자(14)를 압축시키거나, 금형 내부에 히터를 별도로 설치하여 광학소자(14)의 냉각온도를 조절시키거나, 수축에 대한 보상분 만큼의 용량의 용융수지를 캐비티(22)에 더 주입하는 등 다양한 방법이 사용되었다. 그러나, 이와 같은 종래의 기술에 의하면 광학소자(14)의 전반적인 표면에서 발생되는 수축변형이 덜 진행되는 효과는 있지만, 광학소자(14)의 경면(14a)이 상기 광학소자(14)의 전체 표면에서 발생되는 평균 수축변형에 준하는 수축변형이 여전히 발생되는 문제점이 있다. 또한, 경면(14a)의 표면에도 상기 수축변형에 의한 미세한 요철이 여전히 발생되는 문제점도 있다.Accordingly, in order to suppress the shrinkage deformation of the mirror surface 14a, the optical element 14 that is cooled inside the cavity 22 is compressed by using a separate compression device 25 when the optical element 14 is molded. Alternatively, various methods have been used, such as separately installing a heater in the mold to adjust the cooling temperature of the optical element 14 or further injecting molten resin of the capacity as much as the compensation for shrinkage into the cavity 22. However, according to such a conventional technique, the shrinkage deformation occurring in the overall surface of the optical element 14 is less effective, but the mirror surface 14a of the optical element 14 has the entire surface of the optical element 14. There is a problem that the shrinkage strain still corresponds to the average shrinkage strain that occurs in the. In addition, the surface of the mirror surface 14a also has a problem that fine unevenness caused by the shrinkage deformation still occurs.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 광학소자의 사출/압축 성형시 그 경면에서 발생되는 수축변형 및 잔류응력을 최소화시키기 위한 플라스틱 광학소자의 성형방법 및 그 성형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a molding method and a molding apparatus of a plastic optical element for minimizing the shrinkage deformation and residual stress generated in the mirror surface during the injection / compression molding of the optical element There is this.
도 1은 통상의 광주사장치의 구조를 도시한 사시도,1 is a perspective view showing the structure of a conventional optical scanning device;
도 2는 도 1의 에프-세타 렌즈를 성형하기 위한 종래의 성형장치를 개략적으로 도시한 단면도,FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a conventional molding apparatus for molding the f-theta lens of FIG. 1;
도 3은 도 2의 성형장치에 의해 성형된 광학소자의 수축변형상태를 설명하기 위해 도 1의 에프-세타 렌즈를 III-III 단면선을 따라 절개해보인 단면도.FIG. 3 is a cross-sectional view of the f-theta lens of FIG. 1 taken along a III-III cross-sectional view to explain a shrinkage deformation state of an optical element formed by the molding apparatus of FIG. 2; FIG.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 광학소자의 성형장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a molding apparatus of a plastic optical element according to an embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5e는 도 4의 성형장치를 이용한 플라스틱 광학소자의 성형방법을 도시한 단면도.5A and 5E are cross-sectional views showing a molding method of a plastic optical element using the molding apparatus of FIG.
도 6은 도 4의 성형장치를 이용하여 성형된 플라스틱 광학소자의 수축변형상태를 종래의 경우와 비교하여 도시한 단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view showing a shrinkage deformation state of a plastic optical element formed by using the molding apparatus of FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 광주사장치 14 : 에프-세타 렌즈10: optical scanning device 14: F-theta lens
14a : 경면 14b : 상하면14a: mirror surface 14b: upper and lower surfaces
50 : 성형장치 51 : 고정금형50: molding apparatus 51: fixed mold
52 : 캐비티 53 : 가동금형52: cavity 53: movable mold
55 : 장착부 56 : 관통공55: mounting portion 56: through hole
60 : 가압유닛 61 : 가압부재60: pressurizing unit 61: pressurizing member
65 : 가압구동부 66 : 실린더65 pressurization drive portion 66 cylinder
67 : 로드 69 : 전열선67: load 69: heating wire
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스틱 광학소자의 성형방법은, 금형 내부에 구획형성되는 캐비티에 용융수지를 주입하고, 그 용융수지를 냉각시킴으로써 플라스틱 광학소자를 성형하며, 광학소자의 냉각시 경면을 제외한 광학소자의 측면을 소정 온도로 가열함과 동시에 가압하는 것을 특징으로 한다.In the molding method of the plastic optical element according to the present invention for achieving the above object, the molten resin is injected into the cavity formed inside the mold, and the molten resin is cooled to form the plastic optical element, and at the time of cooling the optical element A side surface of the optical element, excluding the mirror surface, is heated to a predetermined temperature and simultaneously pressed.
이에 의하면, 상기와 같이 가열/가압되는 광학소자의 경면을 제외한 측면에 수축변형이 집중됨에 따라 경면의 수축변형이 보상된다.According to this, the shrinkage deformation of the mirror surface is compensated as the shrinkage deformation is concentrated on the side surface of the optical element to be heated / pressurized as described above.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 플라스틱 광학소자의 성형방법은, 고정금형과 가동금형을 밀착시키고, 가압부재를 캐비티와 연결되는 관통공을 따라 후퇴시켜 가압부재와 캐비티 사이에 소정 공간을 형성시키는 단계; 캐비티에 용융수지를 주입하여 광학소자를 형성시킨 후 그 광학소자를 캐비티 내부에서 냉각시키는 단계; 광학소자의 경면측 표면온도가 소정 온도 이하로 냉각되면 가압부재를 캐비티측으로 진입시켜 경면을 제외한 광학소자의 측면을 가열/가압하는 단계; 광학소자의 내부온도가 소정 온도 이하로 냉각되면 광학소자를 캐비티로부터 이형시키는 단계;를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the molding method of the plastic optical element, the fixed mold and the movable mold in close contact, the pressing member is retracted along the through hole connected to the cavity to form a predetermined space between the pressing member and the cavity. step; Injecting molten resin into the cavity to form an optical element, and then cooling the optical element in the cavity; When the mirror surface side temperature of the optical element is cooled below a predetermined temperature, the pressing member enters the cavity side to heat / press the side surfaces of the optical element except the mirror surface; And releasing the optical device from the cavity when the internal temperature of the optical device is cooled below a predetermined temperature.
상기 가압/가열단계는, 광학소자의 경면의 표면이 용융수지의 유리천이온도 이하로 냉각되었을 때 수행된다.The pressing / heating step is performed when the surface of the mirror surface of the optical element is cooled below the glass transition temperature of the molten resin.
여기서, 상기 가압부재는, 그 표면이 유리천이온도 이상의 온도로 가열된 상태에서 광학소자의 측면을 가압한다.Here, the pressing member presses the side surface of the optical element in a state where the surface thereof is heated to a temperature higher than the glass transition temperature.
상술한 바와 같은 성형방법을 구현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라스틱 광학소자의 성형장치는, 고정금형과, 그 고정금형에 밀착/이격되는 가동금형 및 광학소자가 캐비티 내부에서 소정 온도 이하로 냉각되었을 때 경면을 제외한 광학소자의 측면을 가압하는 가압유닛과, 그 가압유닛에 의해 가압되는 광학소자의 측면을 소정 온도로 재 가열시키는 가열유닛을 포함하는 수축보상수단을 구비한다.The molding apparatus of a plastic optical element according to a preferred embodiment of the present invention for implementing the molding method as described above, the fixed mold, the movable mold and the optical element in close contact with the fixed mold and the optical element is below a predetermined temperature in the cavity It is provided with a shrinkage compensation means including a pressing unit for pressing the side of the optical element excluding the mirror surface when cooled, and a heating unit for reheating the side of the optical element pressed by the pressing unit to a predetermined temperature.
여기서, 고정금형 및/또는 가동금형의 내벽상에 형성된 관통공에 의해 상기 캐비티와 연통되는 장착부가 상기 고정금형 및/또는 가동금형의 내부에 형성되고, 상기 장착부에는 가압유닛 및 가열유닛이 설치된다.Here, a mounting portion communicating with the cavity is formed inside the fixed mold and / or the movable mold by a through hole formed on the inner wall of the fixed mold and / or the movable mold, and the pressing unit and the heating unit are installed in the mounting portion. .
그리고, 상기 가압유닛은, 장착부 내부에서 왕복이동 가능하게 설치되는 가압부재과, 그 가압부재가 상기 관통공을 개폐할 수 있도록 가압부재를 캐비티측으로 진입 및 후퇴시키는 방향으로 왕복이동시키는 가압구동부를 포함하며, 상기 가열유닛은 광학소자의 측면과 마주하는 가압부재의 외면을 가열하는 가열유닛을 포함한다.The pressurizing unit includes a pressurizing member installed in the mounting unit so as to be reciprocated, and a pressurizing driving unit configured to reciprocate the pressurizing member in the direction of entering and retracting the pressurizing member to the cavity so that the pressurizing member can open and close the through hole. The heating unit includes a heating unit for heating the outer surface of the pressing member facing the side of the optical element.
여기서, 가열유닛은, 가압부재에 내장되는 전열선인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the heating unit is a heating wire built in the pressing member.
한편, 가압부재는, 용융수지의 주입전에 관통공으로부터 소정 거리 이격되도록 후퇴이동되며, 광학소자의 측면을 가압할 때에는 캐비티의 경계면까지만 이동된다.On the other hand, the pressing member is retracted to be spaced apart from the through hole by a predetermined distance before the injection of the molten resin, and when pressing the side of the optical element is moved only to the boundary surface of the cavity.
이때, 용융수지는, 캐비티에 주입될 때 가압부재의 후퇴에 따라 관통공과 상기 가압부재 사이에 형성된 공간의 용량만큼 상기 캐비티의 용량보다 더 많이 주입되는 것이 바람직하다.At this time, the molten resin is preferably injected more than the capacity of the cavity by the capacity of the space formed between the through-hole and the pressing member in accordance with the retraction of the pressing member when injected into the cavity.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 종래의 구성요소와 동일한 구성 및 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 종래와 동일한 부호를 부여하여 인용한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. On the other hand, the components that perform the same configuration and function as the conventional components shown in Figures 1 to 3 are denoted by the same reference numerals as the prior art.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라스틱 광학소자용 성형장치(50)의 구조를 도시한 것이다. 본 실시예에서의 광학소자(14)는 도 1에 예시된 광주사장치(10;도 1 참조)에 사용되는 장척형상의 에프-세타 렌즈(14; 도 1 참조)를 예로 들어 설명한다.Figure 4 shows the structure of a molding apparatus 50 for plastic optical element according to a preferred embodiment of the present invention. The optical element 14 in the present embodiment will be described taking an elongated F-theta lens 14 (see FIG. 1) used in the optical scanning device 10 (see FIG. 1) illustrated in FIG.
도면에 의하면, 본 발명에 따른 플라스틱 광학소자의 성형장치(50)는 고정금형(51)과, 그 고정금형(51)에 밀착됨으로써 내부에 캐비티(52)를 형성시키는 가동금형(53)과, 고정금형(51)의 내부에 형성된 장착부(55)와, 그 장착부(55)에 설치되는 가압유닛(60) 및 가열유닛(69)를 포함한다.According to the drawings, the molding apparatus 50 of the plastic optical element according to the present invention comprises a fixed mold 51, a movable mold 53 to form a cavity 52 therein by being in close contact with the fixed mold 51, And a mounting unit 55 formed inside the stationary mold 51, a pressurizing unit 60 and a heating unit 69 installed at the mounting unit 55.
상기 장착부(55)는 캐비티(52)와 연통되도록 형성되며, 그 캐비티(52)와의 경계면인 고정금형(51)의 내벽상에 형성된 관통공(56)을 통해 캐비티(52)와 연통된다. 여기서, 상기 장착부(55)는 캐비티(52) 내부에서 냉각될 광학소자(14)의 경면(14a;도 1 참조)을 제외한 측면에 대응되는 위치에 배치되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서와 같이 상기 광학소자(14), 에프-세타 렌즈(14)의 상하면(14b)에 대응되는 위치에 있는 고정금형(51)의 내부에 형성되는 것이 바람직하다.The mounting portion 55 is formed to communicate with the cavity 52, and communicates with the cavity 52 through a through hole 56 formed on an inner wall of the stationary mold 51, which is an interface with the cavity 52. Here, the mounting portion 55 is preferably disposed at a position corresponding to the side surface except for the mirror surface 14a (see FIG. 1) of the optical element 14 to be cooled in the cavity 52, as in this embodiment. It is preferable that the optical element 14 and the F-theta lens 14 are formed inside the fixed mold 51 at a position corresponding to the upper and lower surfaces 14b.
상기 가압유닛(60) 및 가열유닛(69)은 광학소자(14)가 캐비티(52) 내부에서 냉각될 때 광학소자(14)에 발생되는 수축변형을 어느 일부분, 즉, 광학소자(14)의 상면 및 하면(14b)에 집중시켜 경면(14a)에서 발생되는 수축변형을 보상함으로써 경면(14a)의 수축을 억제시키기 위한 수축보상수단의 기능을 수행한다. 즉, 상기 가압유닛(60)과 가열유닛(69)은 캐비티(52) 내부에서 냉각되는 광학소자(14)의 경면(14a)의 표면이 소정 온도이하로 냉각되면 광학소자(14)의 상하면(14b)을 가열/가압합으로써 상기 수축변형을 광학소자(14)의 상하면(14b)에 집중시키는 기능을 수행하는 것이다. 이와 같은 기능을 수행하기 위해, 가압유닛(60)은 가압부재(61)와 가압구동부(65)를 포함한다.The pressurizing unit 60 and the heating unit 69 may be used as a part of the shrinkage deformation generated in the optical element 14 when the optical element 14 is cooled in the cavity 52, that is, of the optical element 14. By concentrating on the upper surface and the lower surface 14b to compensate for the shrinkage deformation occurring in the mirror surface 14a, the function of the contraction compensation means for suppressing the contraction of the mirror surface 14a is performed. That is, the pressurizing unit 60 and the heating unit 69 have upper and lower surfaces of the optical element 14 when the surface of the mirror surface 14a of the optical element 14 that is cooled inside the cavity 52 is cooled below a predetermined temperature ( It is to perform the function of concentrating the shrinkage deformation on the upper and lower surfaces 14b of the optical element 14 by heating / pressing 14b). In order to perform such a function, the pressurizing unit 60 includes a pressurizing member 61 and a pressurizing driver 65.
상기 가압부재(61)는 장착부(55) 내부에서 왕복이동가능하게 설치되며, 상기 관통공(56)으로 이동될 때 상기 관통공(56)을 밀폐시킬 수 있도록 상기 관통공(56)의 형상과 동일한 형상으로 형성된다.The pressing member 61 is installed to reciprocate in the mounting portion 55, and the shape of the through hole 56 so as to seal the through hole 56 when moved to the through hole 56 and It is formed in the same shape.
그리고, 상기 가압구동부(65)는 가압부재(61)를 캐비티(52)측으로 진입 및 후퇴시키는 방향으로 왕복이동시키기 위한 것이다. 이와 같은 기능을 수행하기 위해 가압구동부(65)는 실린더(66)와 상기 실린더(66)로부터 가압부재(61)를 연결시키는 로드(67)를 포함하며, 실린더(66)의 구동시 가압부재(61)는 장착부(55)내에서 관통공(56)을 개폐할 수 있도록 왕복이동하게 된다. 이러한 가압구동부(65)는 다양한 구동원이 사용될 수 있다. 즉, 가압유닛(60)은 그 구동원으로서 본 실시예의 경우와 같이 유압을 사용하는 실린더(66)를 사용하거나 이외에도 모터구동원 등을 사용할 수도 있는 것이다.In addition, the pressure driving unit 65 is for reciprocating the pressing member 61 in the direction to enter and retract to the cavity 52 side. In order to perform such a function, the pressure driving unit 65 includes a cylinder 66 and a rod 67 connecting the pressure member 61 from the cylinder 66, and the pressure member when the cylinder 66 is driven. 61 is reciprocating to open and close the through hole 56 in the mounting portion (55). The pressure driving unit 65 may be used a variety of driving sources. That is, the pressurizing unit 60 may use the cylinder 66 which uses hydraulic pressure as the drive source, or may use a motor drive source etc. as a drive source.
상기 가열유닛(69)은, 가압부재(61)가 소정 온도로 가열된 상태에서 광학소자(14)를 가압할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 가열유닛(69)은 가압부재(61)를 직간접적으로 가열할 수 있는 다양한 형태로 실시가 가능하며 본 실시예에서는 가압부재(61)에 내장된 전열선(69)의 형태로 실시된다. 이와 같이 가열되는 가압부재(61)의 열이 금형(51)(53)을 통하여 광학소자(14)의 다른면까지 가열되는 것을 억제시킬 수 있도록 상기 장착부(55)내에서 가압유닛(60)은 가압부재(61)를 제외하고는 장착부(55)와 소정 간격을 이루도록 이격되게 설치된다.The heating unit 69 is for pressing the optical element 14 in a state where the pressing member 61 is heated to a predetermined temperature. The heating unit 69 may be implemented in various forms capable of directly or indirectly heating the pressing member 61. In this embodiment, the heating unit 69 is implemented in the form of a heating wire 69 embedded in the pressing member 61. The pressurizing unit 60 is mounted in the mounting portion 55 so that the heat of the pressurizing member 61 heated as described above can be prevented from being heated to the other side of the optical element 14 through the molds 51 and 53. Except for the pressing member 61 is installed spaced apart from the mounting portion 55 to form a predetermined interval.
한편, 본 실시예에서는 상기 가압유닛(60)과, 가열유닛(69), 및 장착부(55)가 도시된 바와 같이 고정금형(51)의 내부에만 설치된 것을 설명하였으나, 이와는 반대로 상기 가압유닛(60)과, 가열유닛(69), 및 장착부(55)가 가동금형(53)의 내부에 설치될 수도 있으며, 필요에 따라 가동금형(53) 및 고정금형(51) 모두에 설치될 수 있음은 물론이다.On the other hand, in the present embodiment has been described that the pressurizing unit 60, the heating unit 69, and the mounting portion 55 is installed only inside the fixed mold 51 as shown, on the contrary, the pressurizing unit 60 ), The heating unit 69, and the mounting portion 55 may be installed inside the movable mold 53, and may be installed on both the movable mold 53 and the fixed mold 51 as necessary. to be.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성형장치(50)를 이용한 플라스틱광학소자의 성형방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a molding method of a plastic optical device using the molding apparatus 50 according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 가동금형(53)을 이동시켜 고정금형(51)과 밀착시킨다. 그 후에, 도 5b에 도시된 바와 같이, 가압부재(61)를 캐비티(52)의 경계면으로부터 소정거리(d) 이격시킨다. 이렇게 가압부재(61)가 캐비티(52)로부터 이격된 후에는 상기 캐비티(52) 내부에 용융수지가 주입된다. 상기 용융수지는 플라스틱재료 중에서 비결정조직의 열가소성 수지가 사용되는 것이 바람직하며, 캐비티(52) 내부로 주입될 때 대략 200℃의 온도를 가진다. 여기서, 상기 용융수지는 캐비티(52)의 용량에 더해서 가압부재(61)가 후퇴한 거리(d)에 의해 장착부(55) 내부에 형성된 공간의 용량만큼의 잉여분이 더 주입된다. 한편, 이러한 가동금형(53)과 고정금형(51)의 밀착과, 가압부재(61)의 이동공정은 순서를 달리하여 진행되어도 무관함은 물론이다.First, as shown in FIG. 5A, the movable mold 53 is moved to bring it into close contact with the fixed mold 51. Thereafter, as shown in FIG. 5B, the pressing member 61 is spaced apart from the boundary surface of the cavity 52 by a predetermined distance d. After the pressing member 61 is spaced apart from the cavity 52, molten resin is injected into the cavity 52. The molten resin is preferably a thermoplastic resin of amorphous structure in the plastic material, and has a temperature of approximately 200 ℃ when injected into the cavity 52. Herein, the molten resin is further injected with the amount of the space formed in the mounting portion 55 by the distance d of the pressing member 61 in addition to the capacity of the cavity 52. On the other hand, the close contact between the movable mold 53 and the stationary mold 51, and the movement process of the pressing member 61 is of course irrelevant even if proceeded in a different order.
이렇게 용융수지가 주입됨으로써, 도 5c에 도시된 바와 같이, 캐비티(52) 내부에는 광학소자(14)가 형성되며, 이 광학소자(14)는 캐비티(52) 내부에서 소정 시간 냉각된다. 이렇게 냉각되는 광학소자(14)의 경면(14a), 즉, 광학소자(14)의 전후방면의 표면온도가 플라스틱의 유리천이온도 이하로 냉각되면, 도 5d에 도시된 바와 같이, 가압구동부(65)가 작동되어 가압부재(61)가 캐비티(52)의 경계면까지 진입됨으로써 관통공(56)이 밀폐된다. 물론, 상기 장착부(55) 내부에 주입되었던 잉여용량의 용융수지는 가압부재(61)의 이동에 따라 캐비티(52) 내측으로 주입된다. 여기서, 상기 유리천이온도는 응고되는 용융수지의 화학결합을 유리시킬 수 있는 온도를 칭하며, 본 실시예와 같이 비결정조직의 열가소성 수지를 사용하는 경우에는 상기 유리천이온도는 대략 130℃ 전후의 온도가 된다. 그리고, 가압유닛(60) 및 가열유닛(69)이 작동되는 경면(14a)의 표면온도는 대략 120℃ 내외의 온도가 된다.By injecting the molten resin as described above, as shown in FIG. 5C, an optical element 14 is formed inside the cavity 52, and the optical element 14 is cooled within the cavity 52 for a predetermined time. When the surface temperature of the mirror surface 14a of the optical element 14 thus cooled, that is, the front and rear surfaces of the optical element 14 is cooled below the glass transition temperature of plastic, as shown in FIG. 5D, the pressure driving unit 65 ) Is activated so that the pressing member 61 enters the boundary surface of the cavity 52, thereby closing the through hole 56. Of course, the excess capacity of the molten resin that was injected into the mounting portion 55 is injected into the cavity 52 as the pressing member 61 moves. Here, the glass transition temperature refers to a temperature capable of releasing the chemical bond of the molten resin to solidify, and when using a thermoplastic resin of amorphous structure as in this embodiment, the glass transition temperature is about 130 ℃ do. Then, the surface temperature of the mirror surface 14a at which the pressurizing unit 60 and the heating unit 69 are operated is about 120 ° C.
한편, 가압부재(61)는 그 내부에 설치된 전열선(69)에 전원이 인가됨에 따라 소정 온도로 가열된 상태로 캐비티(52)의 경계면측으로 이동된다. 이때, 가압부재(61)의 온도는 상기 유리천이온도 이상의 온도이며, 본 실시예에서의 경우에는 대략 135℃ 전후의 온도가 될 것이다. 이렇게, 관통공(56) 내부에 유입되어 있던 잉여용량의 용융수지가 광학소자(14)측으로 공급됨으로써 광학소자(14)의 냉각시 수축되는 광학소자(14)의 수축량을 보상해 줄 수 있다. 또한, 가압부재(61)가 가열된 상태로 광학소자(14)의 상하면(14b)을 가압함에 따라, 광학소자(14)의 상하면(14b)의 표면온도가 경면(14a)의 표면온도보다 높은 상태를 유지할 수 있다.On the other hand, the pressing member 61 is moved to the boundary surface side of the cavity 52 in a state where it is heated to a predetermined temperature as power is applied to the heating wire 69 installed therein. At this time, the temperature of the pressing member 61 is a temperature above the glass transition temperature, in the present embodiment will be a temperature of about 135 ℃. As such, the excess capacity of the molten resin introduced into the through hole 56 is supplied to the optical element 14 to compensate for the amount of shrinkage of the optical element 14 contracted upon cooling of the optical element 14. Further, by pressing the upper and lower surfaces 14b of the optical element 14 while the pressing member 61 is heated, the surface temperature of the upper and lower surfaces 14b of the optical element 14 is higher than the surface temperature of the mirror surface 14a. State can be maintained.
이와 같이, 경면(14a)의 표면온도보다 상하면(14b)의 표면온도가 높게 형성되면, 경면(14a)의 탄성계수 및 인장강도가 상기 상하면(14b)측의 탄성계수 및 인장강도보다 크게 형성됨으로써 수축에 의한 변형이 주로 상기 상하면(14b)에 집중된다. 즉, 낮은 온도의 경면(14a)이 먼저 수축하게 되면서 상대적으로 높은 온도하에 있는 상하면(14b)을 잡아당김으로써 경면(14a)의 수축량을 보상하려하고, 상기 상하면(14b)은 경면(14a)에 비해 비교적 높은 온도하에 있기 때문에 경면(14a)의 수축에 의해 발생되는 인장력을 이기지 못하고 경면(14a)의 수축량을 보상해줌으로써 경면(14a)의 수축변형이 억제되고, 상하면(14b)에는 상기 경면(14a)이 변형하려했던 양만큼 한꺼번에 모두 수축변형되는 것이다. 또한, 상기 상하면(14b)이 가압될 때 광학소자(14)의 내부에서 발생되는 잔류응력도 상하면(14b)이 가열됨에 따라 상쇄될 수 있다.As such, when the surface temperature of the upper surface 14a is higher than the surface temperature of the mirror surface 14a, the elastic modulus and tensile strength of the mirror surface 14a are formed larger than the elastic modulus and tensile strength of the upper surface 14b. Strain due to shrinkage is mainly concentrated on the upper and lower surfaces 14b. That is, the low temperature mirror surface 14a is contracted first, and the upper and lower surfaces 14b are attempted to compensate for the contraction amount of the mirror surface 14a by pulling the upper and lower surfaces 14b under relatively high temperatures, and the upper and lower surfaces 14b are disposed on the mirror surface 14a. Compared to the relatively high temperature, the shrinkage deformation of the mirror surface 14a is suppressed by compensating for the amount of shrinkage of the mirror surface 14a without overcoming the tensile force generated by the shrinkage of the mirror surface 14a, and the upper surface 14b has the mirror surface ( 14a) is shrinkage all at once by the amount of deformation. In addition, the residual stress generated inside the optical element 14 when the upper and lower surfaces 14b are pressed may also be offset as the upper and lower surfaces 14b are heated.
상술한 바와 같은 이유 때문에, 경면(14a)은 그 수축이 억제되며, 특히, 그 표면에 미세한 요철이 생기는 것 역시 억제된다. 이러한 효과는 도 6에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 광학소자(14)의 수축변형상태는 도 6의 상부에 도시되고, 종래의 성형장치(20;도 1 참조) 및 방법을 사용하였을 경우의 광학소자(14')의 수축변형상태는 도 6의 하부에 도시된다. 도면에 의하면, 본 발명에 따른 성형장치(50)에 의해 성형된 광학소자(14)의 경우, 종래의 것보다 경면(14a)의 표면이 매끄럽게 형성되며, 즉, 경면(14a) 표면에 나타나는 미세한 요철의 발생이 억제되며, 은선으로 표시된 성형초기의 광학소자(14)와 거의 동일한 형상을 보여준다. 그러나, 광학소자(14)의 측면, 즉, 상하면(14b)측은 본 발명의 장치 및 방법에 따른 광학소자(14)의 변형이 종래의 것보다 커지게 되며, 이는 상술한 바와 같이 가압유닛(60) 및 가열유닛(69)을 사용한 결과이다.For the reason as described above, the shrinkage of the mirror surface 14a is suppressed, and in particular, the occurrence of minute irregularities on the surface thereof is also suppressed. This effect is shown in FIG. The shrinkage deformation state of the optical element 14 according to the present invention is shown in the upper portion of FIG. 6, and the shrinkage deformation state of the optical element 14 ′ when the conventional molding apparatus 20 (see FIG. 1) and the method are used. Is shown at the bottom of FIG. 6. According to the drawings, in the case of the optical element 14 molded by the molding apparatus 50 according to the present invention, the surface of the mirror surface 14a is smoother than that of the conventional one, that is, the fine surface appearing on the mirror surface 14a surface. The occurrence of unevenness is suppressed and shows almost the same shape as the optical element 14 in the initial stage of molding, which is indicated by the hidden line. However, the side of the optical element 14, i.e., the upper and lower surfaces 14b, has a larger deformation of the optical element 14 according to the apparatus and method of the present invention than the conventional one, which is the pressing unit 60 as described above. ) And the heating unit 69.
한편, 이렇게 상하면(14b)이 가열/가압된 상태에서 광학소자(14)의 내부온도가 유리천이온도보다 낮은 온도에 이르도록 광학소자(14)가 냉각되면, 도 5e에 도시된 바와 같이, 광학소자(14)를 이형시킨 후에 상온에서 냉각시킴으로써 광학소자(14)의 성형공정이 종료된다.On the other hand, when the optical element 14 is cooled so that the internal temperature of the optical element 14 reaches a temperature lower than the glass transition temperature while the upper and lower surfaces 14b are heated / pressurized, as shown in FIG. 5E, the optical After releasing the element 14, the forming process of the optical element 14 is completed by cooling at room temperature.
이상과 같이 구성된 본 발명에 따르면, 캐비티(52) 내부에서 냉각되는 광학소자(14)는 경면(14a)의 표면온도가 유리천이온도 이하로 냉각 되었을 때 광학소자(14)의 기능을 수행하는데 관계없는 측면(14b)이 유리천이온도 이상의 온도로 가열됨과 동시에 가압된다. 이에 따라, 광학소자(14)의 냉각시 그 수축변형이 광학소자(14)의 측면(14b)에 집중됨으로써, 광이 입사/출사되는 경면(14a)에 해당되는 전후방면의 수축변형이 보상되고, 광학소자(14)의 냉각시 광학소자(14)의 측면(14b)dl 가압됨에 따라 광학소자(14)의 내부에 잔류응력이 발생되는 것을 억제하는 효과가 발생된다.According to the present invention configured as described above, the optical element 14 that is cooled in the cavity 52 is related to performing the function of the optical element 14 when the surface temperature of the mirror surface 14a is cooled below the glass transition temperature. The missing side 14b is heated to a temperature above the glass transition temperature and simultaneously pressed. Accordingly, when the optical element 14 is cooled, the shrinkage strain of the optical element 14 is concentrated on the side surface 14b of the optical element 14, thereby compensating the shrinkage strain of the front and rear surfaces corresponding to the mirror surface 14a on which light is incident / emitted. When the side surface 14b of the optical element 14 is pressed during cooling of the optical element 14, an effect of suppressing occurrence of residual stress in the optical element 14 is generated.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the invention has been shown and described with respect to preferred embodiments for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation as shown and described. Rather, those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
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