KR101058572B1 - 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일체형 코어를 가진 금형을 이용한 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형에 관한 것으로, 본 발명에 따른 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형은 하부금형과, 상기 하부금형의 상부에 결합되는 상부금형과, 상기 하부금형에 일체로 형성되어 있는 하부코어와, 상기 상부금형에 일체로 형성되어 상기 상부금형과 하부금형의 형합시 상기 하부코어와 함께 제작 대상 메니스커스 비구면 렌즈의 형상에 대응하는 캐비티를 형성하는 상부코어를 구비한다.
상기 상부코어 또는 상기 하부코어의 일측에는 렌즈의 성형 중 가스의 배출이 용이하도록 상기 캐비티와 외부를 연통하는 가스배출홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형은 렌즈의 가공 정확도를 높일 수 있으며, 반복 가공시에도 일정한 형상의 렌즈를 제작할 수 있는 이점이 있다.
메니스커스 비구면 렌즈, 금형

Description

메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형 {mold for meniscus aspheric lens}
본 발명은 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일체형 코어를 가진 금형을 이용한 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형에 관한 것이다.
렌즈는 현미경, 확대 망원경(magnifier telescope), 디지털 카메라 및 비디오 카메라와 같은 광학 기구의 핵심 요소이고 렌즈 표면이 컴퓨터 수치 제어 연삭 기계로 절삭되어 성형되는 몰드에서 제조되는 고정밀 렌즈이다.
종래의 대부분의 가열 압착 성형 렌즈들은 선명하고 뚜렷한 영상을 제공하며 유리로 만들어지고 원형이며, 이들 각각의 가열 압착 성형 렌즈는 중심 렌즈, 장착 플랜지 및 환상의 전사 영역을 구비하고 있다. 영상을 확대하는 것이 가장 중요한 기능인 망원경 및 현미경에서는 렌즈의 품질이 확대 성능 및 초점 거리의 정밀도에 큰 영향을 미친다.
종래의 렌즈 가공기술은 정밀한 연마방법을 이용하거나, 정밀한 금형을 만든 후 압축성형, 사출 등의 다양한 성형방법을 적용하여 원하는 형태의 구면 또는 메니스커스 비구면 렌즈를 구현하는 방식에 기초하고 있다.
압축 성형의 경우 성형 대상물을 금형에 투입한 후, 상부금형과 하부금형의 형합을 통해서 성형 대상물이 상부금형과 하부금형에 의해 형성되는 캐비티의 형상에 대응하게 가공될 수 있도록 되었다.
렌즈의 경우 형상에 의해 광의 굴절률이 변화하기 때문에 렌즈의 가공 정밀도가 매우 중요하며, 특히 반복되는 렌즈의 압축 성형시에도 렌즈의 형상이 동일하게 가공되기 위해서는 금형의 형상의 변화가 없어야 한다.
종래의 경우 금형의 코어가 탈착 가능하게 형성되어 반복되는 가공 중 코어가 이동하거나 가공이 고온에서 이루어지기 때문에 금형의 열팽창에 의해 금형과 코어 사이에 유격이 발생하여 가공되는 렌즈의 형상이 일률적이지 못하게 되는 문제가 발생하기도 하였다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 가공되는 렌즈의 정밀도를 높이고 반복 가공에 대한 가공물의 변형을 방지할 수 있는 비구면렌즈의 제조금형을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형은 하부금형과, 상기 하부금형의 상부에 결합되는 상부금형과, 상기 하부금형에 일체로 형성되어 있는 하부코어와, 상기 상부금형에 일체로 형성되어 상기 상부금형과 하부금형의 형합시 상기 하부코어와 함께 제작 대상 메니스커스 비구면 렌즈의 형상에 대응하는 캐비티를 형성하는 상부코어를 구비한다.
상기 상부금형과 하부금형에는 상기 상,하부코어를 가열하기 위한 가열부와, 상기 메니스커스 비구면 렌즈의 가공 온도를 측정하도록 상기 상,하부금형 중 어느 일측 또는 양측에 설치된 온도센서 및 상기 온도센서의 측정정보를 수집하는 제어부를 더 구비하며, 상기 제어부는 상기 메니스커스 비구면 렌즈의 가공온도가 580 내지 620℃로 유지되도록 상기 가열부를 구동시키도록 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 상부금형에는 상기 하부금형과 접촉되는 접촉면 상에 돌출된 가압돌기가 형성되어 있으며, 상기 하부금형에는 상기 가압돌기에 의해 가압되어 상기 상,하부금형의 형합에 의한 압력을 측정하는 압력측정센서가 마련되어 있고, 상기 제어부는 상기 압력측정센서에서 측정된 측정정보를 수집하여 금형의 형합시 형 성되는 압력이 설정된 일정값으로 유지될 수 있도록 상기 상부금형을 구동시키는 액튜에이터의 구동력을 제어하도록 형성되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 상부코어 또는 상기 하부코어의 일측에는 렌즈의 성형 중 가스의 배출이 용이하도록 상기 캐비티와 외부를 연통하는 가스배출홈이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형은 렌즈의 가공 정확도를 높일 수 있으며, 반복 가공시에도 일정한 형상의 렌즈를 제작할 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명에 따른 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형(10)을 통해 가공되는 메니스커스 비구면 렌즈(20)가 도시되어 있다.
일반적으로 메니스커스 비구면 렌즈(20)란 말 그대로 표면이 구면도 아니고 평면도 아닌 렌즈를 말한다. 보통 중심부분이 볼록하고 가장자리로 갈수록 편평한 구조를 갖는데, 이렇게 함으로써 구면수차라고 하는 렌즈의 왜곡 현상을 획기적으로 줄이게 된다.
일반적인 구면렌즈의 경우 렌즈의 중심부분과 렌즈의 가장자리 부분에서의 굴절률의 차이가 발생하므로 왜곡 현상이 발생할 수 있기 때문에 복수개의 구면렌 즈를 이용해 이러한 왜곡현상에 대한 보정이 이루어지도록 하지만 상술한 것처럼 메니스커스 비구면 렌즈(20)는 구면수차를 획기적으로 줄여줄 수 있기 때문에 하나의 렌즈로도 복수개의 구면렌즈를 사용한 것과 같은 효과를 기대할 수 있다.
이러한 메니스커스 비구면 렌즈(20)는 표면이 구면이 아니고, 미세한 불규칙 곡면의 연속이기 때문에 매우 높은 가공정밀도를 필요로 한다.
도 2 및 도 3에는 상기 메니스커스 비구면 렌즈(20)를 제작하기 위한 본 발명에 따른 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형(10)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형(10)은 상호 형합 및 형 분리가 이루어지는 상부금형(30)과 하부금형(40) 및 이에 형성되어 있는 상부코어(31)와 하부코어(41)를 포함한다.
상기 하부금형(40)은 고정되어 있고, 상부금형(30)은 액튜에이터(90)에 의해 승강 또는 하강하면서 가동되는 가동금형이다. 따라서 상부금형(30)의 가동에 의해 상부금형(30)과 하부금형(40)의 형합 및 형분리가 이루어진다.
상부금형(30)에는 상부코어(31)와 소정거리 이격된 지점에 하방으로 돌출된 가압돌기(32)가 마련되어 있으며, 하부금형(40)에는 가압돌기(32)와 대응되는 지점에 압력측정센서(81)가 마련되어 있다. 가압돌기(32)와 압력측정센서(81)는 상부금형(30)과 하부금형(40)이 형합될 때의 형합력을 측정하게 되는데, 이 압력이 균일하지 않을 경우 메니스커스 비구면 렌즈(20)가 설정된 두께와 형상으로 가공되지 못하여 가공정밀도가 현저하게 낮아지므로 상기 압력측정센서(81)에서 측정된 측정값이 제어부(60)로 전송되면 제어부(60)에서는 액튜에이터(90)의 구동을 조절하여 정해진 압력으로 메니스커스 비구면 렌즈(20)를 가공하게 한다.
상부코어(31)와 하부코어(41)는 각각 상부금형(30)과 하부금형(40)에 일체로 형성되어 있으며, 금형의 형합이 이루어졌을 때, 메니스커스 비구면 렌즈(20)가 가공될 수 있도록 캐비티를 형성한다.
상기 캐비티는 제작될 메니스커스 비구면 렌즈(20)의 형상에 대응하도록 형성되어 있다.
본 실시예에서는 가동되는 금형인 상부금형(30)에 형성되어 있는 상부코어(31)가 돌출된 돌기형상으로 형성되어 있고, 하부코어(41)는 상기 돌기를 수용할 수 있는 수용홈 형태로 형성되어 있으나, 상부코어(31)와 하부코어(41)의 형상은 본 실시예와 반대로 형성될 수도 있다.
본 발명의 상부코어(31)와 하부코어(41)는 각각 상부금형(30)과 하부금형(40)에 일체로 형성되어 있다.
상술한 것처럼 상기 메니스커스 비구면 렌즈(20)는 렌즈 표면이 불규칙한 곡면이 연속되어 형성된 것이며, 표면의 형상에 의해 광의 굴절률이 달라지므로 가공 정밀도가 매우 중요한데, 상부코어(31)와 하부코어(41)가 상기 상부금형(30) 및 하부금형(40)과 결합수단에 의해 결합되어 있는 경우에는 상부금형(30)과 하부금형(40)의 형합 및 형분리가 이루어지는 과정에서 상부코어(31)와 하부코어(41)가 각각 접촉 및 분리가 이루어지며 이때, 상부코어(31)와 하부코어(41)에 외력이 주기적으로 가해지게 되므로 상부코어(31)와 하부코어(41)가 각각 상부금형(30)과 하부금형(40)에 대하여 유격이 발생할 수 있다. 이는 형합시 상부코어(31)와 하부코 어(41)가 정확한 위치에서 상호 접촉되지 못하는 원인이 될 수 있으며, 이로인해 메니스커스 비구면 렌즈(20)의 가공 정밀도가 저하될 수 있다.
본 발명의 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형(10)은 상기 상부코어(31)와 하부코어(41)가 각각 상부금형(30) 및 하부금형(40)과 일체로 형성되어 있기 때문에 반복 가공 시에도 상부코어(31)와 하부코어(41)의 결합시 형성되는 캐비티의 형상이 일정하게 유지될 수 있으므로 가공 정밀도를 일정 수준 이상으로 유지하는 것이 용이하다.
또한 상부금형(30)과 하부금형(40)에는 각각 상부코어(31)와 하부코어(41)를 가열하기 위한 가열부(70) 및 캐비티 내에서의 온도를 측정하기 위한 온도센서(80)가 설치되어 있다.
본 실시예의 가열부(70)는 상,하부금형(30,40)의 내부를 관통하는 전열선이 적용되었으나 가열부(70)는 이 외에도 히트파이프나 가열된 열매체가 이동하면서 상,하부코어(31,41)와 열교환할 수 있게 형성된 열교환관으로 형성될 수도 있다.
가열부(70)에 의해 상,하부코어(31,41)가 가열됨으로써 메니스커스 비구면 렌즈(20)의 가공이 원활하게 이루어질 수 있는데, 특히 캐비티 내부에서의 온도가 580 ~ 620℃가 될 때 렌즈의 가공이 원활하게 이루어질 수 있다.
캐비티 내에서의 온도가 580℃ 미만인 경우에는 메니스커스 비구면 렌즈(20)를 가공하기 위한 가공원료인 프리폼이 충분히 가열되지 못하여 성형성이 불량해 지거나 깨짐이 발생하게 된다.
또한 캐비티 내에서의 온도가 620℃보다 높은 경우에는 프리폼이 겔화(gel 化) 되어 상,하부금형(30,40)의 분리 후 성형된 상태를 유지하지 못하고 변형이 발생하거나 응고시간이 길어져 생산성이 낮아지게 되는 문제가 있다.
따라서 캐비티 내에서의 가공온도가 580 ~ 620℃로 유지되도록 가열부(70)를 통해 금형을 가열하게 되는데, 상기 가공온도는 온도센서(80)에서 측정하게 된다.
상기 온도센서(80)는 캐비티 내에 설치될 수 없으므로 캐비티 내에서의 온도를 직접 측정할 수 없다. 따라서 온도센서(80)는 가열부(70)로부터 소정거리 이격된 금형 내의 일측에 설치되어 있으며, 가열부(70)와 상,하부코어(31,41) 사이의 이격 거리에 따른 열전도율과, 가열부(70)와 온도센서(80) 사이의 거리에 따른 열전도율을 고려하여 캐비티 내에서의 예상 가공온도를 측정하도록 되어 있다.
온도센서(80)에서의 측정 온도정보는 제어부(60)로 전달되며, 제어부(60)에서는 온도센서(80)에서의 측정온도를 토대로 가열부(70)를 가동함으로써 캐비티 내의 가공온도가 580 ~ 620℃로 유지되게 한다.
또한 상기 하부코어(41)에는 상면에 가스배출홈(50)이 형성되어 있다.
상부코어(31)와 하부코어(41)의 형합 후, 메니스커스 비구면 렌즈(20)의 가공이 이루어지는 과정에서 캐비티의 내부에 가스가 배출되지 못하게 되면 메니스커스 비구면 렌즈(20)의 표면이 정밀하게 가공되지 못하게 된다.
따라서 렌즈의 가공 중 캐비티 내의 가스를 외부로 배출시켜 메니스커스 비구면 렌즈(20)가 캐비티의 형상과 동일하게 가공되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 가스배출홈(50)은 상부코어(31)와 하부코어(41)의 결합에 의해 캐비티가 형성되었을 때, 캐비티와 금형 외부를 연통시키게 된다.
이렇게 가스배출홈(50)에 의해 캐비티 내의 가스 배출이 원활하게 이루어짐으로써 금형 내에서 메니스커스 비구면 렌즈(20)의 가공이 용이하게 이루어질 수 있으며, 메니스커스 비구면 렌즈(20)가 캐비티의 형상에 대응하게 형성됨으로써 가공 정밀도를 높일 수 있다.
본 실시예에서는 상기 가스배출홈(50)이 하부코어(41)에 형성되어 있으나, 이와는 달리 가스배출홈(50)은 상부코어(31)에 형성될 수도 있으며, 상부코어(31)와 하부코어(41) 모두에 형성될 수도 있다.
도 1은 메니스커스 비구면 렌즈를 도시한 부분절단 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형을 도시한 분리사시도,
도 3은 도 2의 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형의 단면도,
도 4는 도 2의 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형의 구동을 위한 연결관계를 도시한 블럭도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형; 10
상부금형; 30
상부코어; 31
하부금형; 40
하부코어; 41
가스배출홈; 50

Claims (4)

  1. 하부금형과;
    상기 하부금형의 상부에 결합되는 상부금형과;
    상기 하부금형에 일체로 형성되어 있는 하부코어와;
    상기 상부금형에 일체로 형성되어 상기 상부금형과 하부금형의 형합시 상기 하부코어와 함께 제작 대상 메니스커스 비구면 렌즈의 형상에 대응하는 캐비티를 형성하는 상부코어;를 구비하며,
    상기 상부금형과 하부금형에는 상기 상,하부코어를 가열하기 위한 가열부가 상기 상부코어와 하부코어의 곡면을 따라 배열되게 형성되어 있고, 상기 메니스커스 비구면 렌즈의 가공 온도를 측정하도록 상기 상,하부금형에 각각 설치된 온도센서 및 상기 온도센서의 측정정보를 수집하여 상기 메니스커스 비구면 렌즈의 가공온도가 580 내지 620℃로 유지되도록 상기 가열부를 구동시키는 제어부를 더 구비하며,
    상기 상부금형에는 상기 하부금형과 접촉되는 접촉면 상에 상호 대향되는 위치에서 두 개의 가압돌기가 하방으로 돌출되어 있으며, 상기 하부금형에는 상기 상부금형과 접촉하는 접촉면에 상기 가압돌기들이 삽입될 수 있게 가압홈이 형성되어 있으며, 상기 가압홈을 통해 삽입된 가압돌기에 의해 가압되어 상기 상,하부금형의 형합에 의한 압력을 측정하는 압력측정센서가 하부금형의 내부에 마련되어 있고, 상기 제어부는 상기 압력측정센서에서 측정된 측정정보를 수집하여 금형의 형합시 형성되는 압력이 설정된 일정값으로 유지될 수 있도록 상기 상부금형을 구동시키는 액튜에이터의 구동력을 제어하도록 형성되고,
    상기 상부코어 또는 상기 하부코어의 일측에는 렌즈의 성형 중 가스의 배출이 용이하도록 상기 캐비티와 외부를 연통하는 가스배출홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메니스커스 비구면 렌즈의 제조금형.
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