KR101176586B1

KR101176586B1 - 광학소자용 프리폼 및 광학소자

Info

Publication number: KR101176586B1
Application number: KR1020077014542A
Authority: KR
Inventors: 후토시 이시자키; 시게키 후쿠다; 켄지 스기자키
Original assignee: 가부시키가이샤 오하라
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2012-08-23
Also published as: US8420200B2; WO2006064888A1; US20080081206A1; DE112005002994T5; JP2006265087A; TW200635866A; TWI389853B; US20110281056A1; KR20070089714A; US8003186B2

Abstract

성형에서 유리의 변형량이 적고 몰드의 수명이 용이하게 연장되는 광학소자용 프리폼(preform)이 제공된다. 광학 유리 소자 성형용 프리폼은, 평면도에서 소정의 지름을 갖는 거의 원형 형상을 나타내고, 측면도에서 소정의 전체 높이를 갖는 납작한 반원 형상을 나타내며, 상면에 오목한 표면을 가져서 상기 원 형상의 거의 중앙 위치에 소정의 전체 높이가 달성되고, 상면의 볼록한 표면을 따라서 맞추어지도록 오목한 표면을 가져서 바닥 표면에 공간이 제공된다. 하면은 오목한 표면 또는 볼록한 표면이 될 수 있다. 또한, 상면은 오목한 표면 또는 볼록한 표면이 될 수 있다.

프리폼, 광학 유리, 몰드

Description

광학소자용 프리폼 및 광학소자{PREFORM FOR OPTICAL ELEMENT AND OPTICAL ELEMENT}

본 발명은 본 발명은 광학 기기에서 사용되는 렌즈 등과 같은 광학소자 성형용 프리폼(preform) 및 그 프리폼을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 소정의 형상을 갖도록 성형된 광학 렌즈는 디지털 카메라 등에 사용되고 있고, 오목 렌즈 및 양면오목 렌즈는 일상적인 광학 부품이 되고 있다. 이와 같은 광학 렌즈의 정밀 및 대량 생산의 관점에서, 용해된 유리 재료를 최종 광학소자의 모양에 가능한 근접한 모양을 갖도록 성형함으로써 먼저 예비 몰딩을 생산하고, 그 예비 몰딩을 최종 몰드에 제공한 후 열 작업을 수행하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.

이 방법에 의하면, 열 작업에 있어서 광학유리의 변형량의 감소와 몰드와의 접촉시간의 단축을 달성할 수 있고, 따라서 불량 몰딩의 감소와 몰드의 수명 연장을 달성할 수 있다. 또한, 성형 택트 타임(tact time)의 단축도 기대할 수 있다.

따라서 예비 성형이 수행되는 광학소자의 제조방법은 다양한 문서에서 개시 되고 있다. 그러나 예비 몰딩의 형상에 대한 언급은 많이 존재하지 않는다.

한편, 특정 형상을 갖는 유리 예비 몰딩이 공개되어 왔다(예를 들면, 일본 공개 번호 H05-213622). 이 공개공보에서 먼저, 소정의 사이즈로 미리 잘린 유리부재를 원형의 구멍을 갖는 지지부재 위에 위치시킨 후 유연화 하기 위하여 가열함으로써 현수곡선(懸垂曲線)에 근접하도록 한다. 양면이 오목한 표면을 갖는 유리 예비 몰딩을 획득하기 위한 방법이 공개되어 있다. 이와 같은 방법은, 현수곡선에 근접하도록 형성된 상기 유리부재를 볼록한 면을 갖는 상부 및 하부 몰드 반편에 위치시킨 후 프레스 성형을 수행함으로써 양면이 오목한 표면을 갖는 유리 예비 몰딩을 획득한다.

그러나 현수곡선 모양의 커브에 근접한 유리부재는 한 표면에 볼록한 형상을 갖기 때문에, 정확한 가압 성형을 하기에는 불안정하다. 따라서 불량 몰딩이 발생할 가능성이 있다. 또한, 유리 재료를 유리 블록 재료에서 자른 후 갈고 연마함으로써 양면이 오목한 표면을 갖는 광학소자를 제공하는 방법이 있다. 그러나 이 경우에 있어서 번갈아 가면서 이루어지는 많은 단계를 수행함에 있어서 많은 시간이 소요될 수 있는데, 이는 비용의 증가를 유발할 수 있다.

반면에, 볼록-오목 또는 양면오목 형상을 갖는 유리 예비 몰딩이 공개되었다(예를 들면, 일본 공개특허 제H09-12318호).

그러나 상기 공개특허 제H09-12318호에 기재된 유리 예비 몰딩은 광학소자의 최종 형상에 적절하게 대응하기 위해서 예비 몰딩을 위한 몰드의 변화 요구에 기초한다. 따라서, 특정 유리 예비 몰딩은 모든 최종 형상을 위하여 가압하는 데 적용될 수 없다. 이로 인해, 예비 몰딩을 제조함에 있어서 몰드의 수명에 대한 고려가 필요하게 되었고, 따라서 이와 같은 방법은 비용 절감이라는 측면에서 궁극적인 해결책이 될 수 없다.

본 발명은 광학 유리 소자를 생산하는 일련의 단계에서 몰드의 수명을 연장할 수 있고 불완전한 성형 제품이 생산되는 비율을 줄일 수 있으며 단순한 방법에 의하여 생산될 수 있는 광학소자용 프리폼 및 이를 생산하는 방법을 제공한다.

본 발명의 광학 유리 소자 성형용 제1 프리폼은, 다소 납작한 반구 형상을 갖고 그 반절된 표면은 오목한 표면을 포함한다. 그리고 본 발명의 광학 유리 소자 성형용 제2 프리폼은, 다소 두꺼운 형상을 갖고 상면 및 하면 모두 오목한 표면을 갖는 광학 유리 소자 성형용 프리폼이다. 또한, 본 발명의 광학 유리 소자 성형용 제3 프리폼은, 얇고 납작한 형상을 갖고 상면 및 하면 모두 볼록한 표면을 갖는 광학 유리 소자 성형용 프리폼이다.

이와 같은 실시 예들에 따르면, 이어지는 성형 단계에서 볼록 가압 다이 또는 오목 가압 다이를 이용하여 가압하면, 앞서 언급한 오목한 표면 또는 볼록한 표면은 볼록 가압 다이 또는 오목 가압 다이와 부합되거나 또는 서로 딱 맞을 수 있고, 이로 인해 가압 다이의 가압력이 상기 프리폼에 균일하게 적용될 수 있다. 그리고 상기 프리폼은, 다른 부재 또는 부품과 관계하는 돌기 등을 보통 갖지 않고, 그 정착 위치는 접촉되는 면으로부터 가해지는 압축력 및 마찰력 등에 기인하는 전단력 및 중력에 의해 대부분 결정될 수 있다. 더욱이, 어떻게 정착되는가는 (특정 변화에 대해)안정한지 또는 (특정 변화가 더욱 큰 변화를 유발하기 때문에) 불안정한지를 결정할 수 있다. 가압 다이의 형상이 접촉하는 프리폼의 표면의 형상과 다른 경우 불안정할 가능성이 있다. 따라서, 프리폼의 형상 및 가압 다이와의 접촉은, 볼록한 형상을 갖는 가압 다이 또는 오목한 형상을 갖는 가압 다이 중 어떠한 경우든 가압 다이의 압축력이 전체에 균일하게 작용하게 하는 것이 바람직할 것이다. 그러므로, 프리폼의 유리한 정착에 의해 불량 성형 제품의 발생이 감소할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 이어지는 성형 단계에서 사용되는 가압 다이의 선단부의 형상과 오목한 표면을, 또는 프리폼의 볼록한 표면의 평면도에서 대략 중앙 위치에 인접한 곡선 표면을 부합시키는 것이 중요하다. 가압 다이의 선단의 형상이 대략 구형 표면인 경우, 오목한 표면의, 또는 프리폼의 볼록한 표면의 대략 중앙 위치에 인접한 곡선 표면의, 곡률 반경이 가압 다이 선단부 형상의 곡률 반경과 거의 동일한 것이 바람직하다.

프리폼의 오목한 표면의 곡률 반경이 상대적으로 너무 큰 경우, 프리폼의 오목한 표면의 거의 중앙 부분에 지나치게 큰 압력이 작용할 수 있다. 곡률 반경이 상대적으로 너무 작은 경우, 압력은 프리폼의 오목한 표면의 거의 중앙 위치에 직접 작용되지는 않지만 그 둘레에 원형으로 작용할 수 있고, 이에 더하여, 가압 몰드의 약간의 경사는 링 부분에 작용하는 압력의 편차를 유발할 수 있다. 프리폼의 오목한 표면의 거의 중앙 위치에 인접한 곡선 표면의 곡률 반경은 가압 다이 선단부 형상의 곡률 반경에 비해 다소 큰 것이 바람직한데, 이는 압력이 더욱 균일하게 작용할 수 있을 것으로 예상되기 때문이다.

프리폼의 오목한 표면의 곡률 반경이 상대적으로 작은 경우, 프리폼의 볼록한 표면의 거의 중앙 부분에 압력이 직접 작용하지 않을 수 있지만 그 둘레에 원형으로 작용할 수 있다. 그리고 가압 다이의 약간의 경사는 링 부분에 작용하는 압력의 편차를 유발할 수 있다. 곡률 반경이 상대적으로 너무 작은 경우, 볼록한 표면의 거의 중앙 위치에 지나치게 큰 압력이 작용할 수 있다. 프리폼의 볼록한 표면의 거의 중앙 위치에 인접한 곡선 표면에서의 곡률 반경은 가압 다이의 선단부 형상의 곡률 반경에 비해 약간 작은 것이 바람직한데, 이는 압력이 더욱 균일하게 작용할 수 있을 것으로 예상되기 때문이다.

그리고 프리폼의 오목한 표면의 거의 중앙에 근접하는 위치에서, 위에서 언급한 지름에 대한 프리폼의 벽 두께의 비율은 1.0 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 비율은 0.2 보다 큰 것이 더욱 바람직하다. 그리고 이 비율은 0.9 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 따라 프리폼에 적절한 변형이 가해져서 제품이 몰드되게 할 수 있다.

프리폼의 상면 및 하면 모두가 볼록한 표면을 포함하는 형상인 경우, 위에서 언급한 지름에 대한 상면 및 하면의 볼록한 표면에서 거의 중앙 위치에 인접하는 위치에서 프리폼의 벽 두께의 비율은 0.45 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 비율은 0.1 이상인 것이 더욱 바람직하다. 그리고 이 비율은 0.3 이하인 것이 바람직하다. 비율이 이 범위에 속하는 경우, 제조된 프리폼에서 치핑(chipping)의 발생이 감소할 수 있고, 더욱이 적은 변형량으로 인해 가압 시간이 단축될 수 있다.

더욱 상세하게는, 다음이 제공된다.

(1) 평면도에서 소정의 지름을 가지는 거의 원형 형상을 나타내고, 측면도에서 하향으로 볼록한 곡선 및 상단측에 거의 수평한 직선을 갖는 납작한 반원 형상을 나타내어서, 볼록한 곡선의 최하부에서 직선까지 거리는 납작한 반원 형상의 소정의 높이가 되고, 상면에 오목한 표면을 갖고 하면에 볼록한 표면을 가지는 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 상면의 오목한 표면은, 평면도의 거의 원형인 형상에서 대략 중앙 위치에 오목한 표면의 최하부를 형성하고; 하면의 볼록한 표면은, 대략 중앙 위치에 대응하여 바닥 표면의 중앙 위치에 볼록한 표면의 최하부를 형성하며; 납작한 반원 형상의 높이 대 평면도에서의 거의 원형인 형상의 지름의 비율이 0.2 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(2) 상기 (1) 측면에 따른 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 평면도에서 거의 원형인 형상을 갖는 대략 중앙 위치에서 오목한 표면은, 측면도에서 오목한 표면의 최하부에서 상단측의 직선 사이의 거리 대 평면도에서 거의 원형인 형상의 지름의 비율이 0.02 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(3) 상기 (1) 또는 (2) 측면에 따른 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 평면도의 대략 중앙 위치에서 프리폼의 벽 두께, 즉 측면도에서 볼록한 표면의 최하부에서 상기 오목한 표면의 최하부까지의 거리, 대 평면도에서 거의 원형인 형상의 지름의 비율이 0.2 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 측면 중 어느 하나에 따른 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 측면도에서 납작한 반원 형상의 소정의 높이 대 평면도에서 거의 원형 형상의 지름의 비율이 0.2 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 측면 중 어느 하나에 따른 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 볼록한 표면은 볼록한 표면의 최하부 근방의 곡률 반경 대 오목한 표면에서 오목한 표면의 최하부 근방의 곡률 반경의 비율이 0.4 내지 10인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(6) 평면도에서 소정의 지름을 가지는 거의 원형인 형상을 나타내고, 상면 및 하면에 오목한 표면을 갖는 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 상면의 오목한 표면은 평면도에서 거의 원형인 형상의 대략 중앙 위치에 오목한 표면의 최하부를 형성하고; 하면의 오목한 표면은 대략 중앙 위치에 대응하여 하면의 중앙 위치에 오목한 표면의 최상부를 형성하며; 측면도에서 납작한 타원 형상의 높이 대 평면도에서 거의 원형인 형상의 지름의 비율은 0.1 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(7) 평면도에서 소정의 지름을 가진 거의 원형인 형상을 나타내고, 측면도에서 상단 및 하단에 거의 수평인 직선을 가진 납작한 타원 형상을 가져 상단 및 하단 사이의 거리가 납작한 타원 형상의 소정의 높이(h)가 되고, 상면 및 하면 모두에 오목한 표면을 갖는 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 상면에 있는 오목한 표면은 평면도에서 거의 원형인 형상의 대략 중앙 위치에서 오목한 표면의 최하부를 형성하고; 하면에 있는 오목한 표면은 대략 중앙 위치에 대응하여 하면의 중앙 위치에 오목한 표면의 최상부를 형성하며; 측면도에서 납작한 타원 형상의 높이 대 평면도에서 거의 원형인 형상의 지름(D)의 비율은 0.1에서 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(8) 상기 (6) 측면에 따른 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 측면도에서 하나의 오목한 표면에 있는 오목한 표면의 최하부로부터 상단측까지의 거리(Δh1)와 측면도에서 다른 오목한 표면에 있는 오목한 표면의 최상부로부터 하단측까지의 거리(Δh2)의 합(Δh1 + Δh2) 대 평면도에서 거의 원형인 형상의 지름(D)의 비율이 0.02 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(9) 상기 (6) 또는 (8) 측면에 따른 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 프리폼의 벽 두께(t), 즉 측면도에서 하나의 오목한 표면에 있는 오목한 표면의 최하부로부터 다른 오목한 표면에 있는 오목한 표면의 최상부까지의 거리, 대 평면도에서 거의 원형인 형상의 지름(D)의 비율이 0.2 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(10) 상기 (6) 내지 (9) 측면 중 어느 하나에 따른 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 측면도에서 하나의 오목한 표면에 있는 오목한 표면의 최하부 근방의 곡률 반경(R1) 대 측면도에서 다른 오목한 표면에 있는 오목한 표면의 최상부 근방의 곡률 반경(R2)의 비율이 0.1 내지 10인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(11) 평면도에서 소정의 지름을 가지는 거의 원형인 형상을 나타내고, 상면 및 하면에 볼록한 표면을 갖는 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 상면의 볼록한 표면은 평면도에서 거의 원형인 형상의 대략 중앙 위치에 볼록한 표면의 최상부를 형성하고; 하면의 볼록한 표면은 대략 중앙 위치에 대응하여 하면의 중앙 위치에 볼록한 표면의 최하부를 형성하며; 프리폼의 벽 두께(t), 즉 측면도에서 상면에 있는 볼록한 표면의 최상부로부터 하면에 있는 볼록한 표면의 최하부까지의 거리, 대 평면도에서 거의 원형인 형상의 지름(D)의 비율이 0.45 이하인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(12) 상기 (1) 내지 (11) 측면 중 어느 하나에 따른 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서, 광학 용도로 선호되는 물질인 실리카-붕소 산 베이스 또는 란탄 베이스 광학 유리를 포함하는 광학 유리 소자 성형용 프리폼.

(13) 상기 (1) 내지 (12) 측면 중 어느 하나에 따른 프리폼을 정밀 가압 성형함으로써 제조되는 광학소자.

본 발명의 첫 번째 프리폼에 따르면, 원하는 형상은, 상면이 될 오목한 표면이 위로 향하여 배치된 상태로, 주로 선단부에서 전술한 오목한 표면의 곡률 반경에 부합하는 곡률 반경을 가진 상부 몰드 반편을 프리폼의 하면의 볼록한 표면에 부합하는 표면에, 즉 수용 몰드 반편으로서 하부 몰드 반편의 오목한 형상을 가지는 표면에, 맞대어 가압함으로써 압축에 의해 바람직하게 몰드된다. 그리고 두 번째 실시 예에 따른 프리폼에 따르면, 원하는 형상은, 상면이 될 오목한 표면이 위로 향하여 배치된 상태로, 주로 선단부에서 오목한 표면의 곡률 반경에 부합하는 곡률 반경을 가진 상부 몰드 반편을 프리폼의 하면의 오목한 표면에 부합하는 표면에, 즉 수용 몰드 반편으로서 하부 몰드 반편의 볼록한 형상을 가지는 표면에, 맞대어 가압함으로써 압축에 의해 바람직하게 얻어진다. 또한, 세 번째 실시 예와 관련된 프리폼에 대해서는, 원하는 형상은, 상면이 될 볼록한 표면이 위로 향하여 배치된 상태로, 주로 선단부에서 볼록한 표면의 곡률 반경에 부합하는 곡률 반경을 가진 상부 몰드 반편을 프리폼의 하면의 볼록한 표면에 부합하는 표면에, 즉 수용 몰드 반편으로서 하부 몰드 반편의 오목한 형상을 가지는 표면에, 맞대어 가압함으로써 압축에 의해 바람직하게 얻어진다

도 1은 프리폼의 단면도.

도 2는 용해 유리의 공급 단계를 도시하는 설명도.

도 3은 상부 몰드 반편에 의해 유리 블록을 가압함으로써 프리폼을 제조하는 단계를 도시하는 설명도.

도 4는 도 3 에 도시된 상태에서 상부 몰드 반편을 제거한 상태를 도시하는 도면.

도 5는 제2 실시 예에 따른 프리폼의 단면도.

도 6은 제2 실시 예에 따른 제조 단계에서 용해 유리를 공급 단계를 도시하는 설명도.

도 7은 제2 실시 예에 따른 제조 단계에서 상부 몰드 반편으로 유리 블록을 가압함으로써 프리폼을 제조하는 단계를 도시하는 설명도.

도 8은 도 7에 도시된 상태에서 상부 몰드 반편을 제거한 상태를 도시하는 도면.

도 9는 제3 실시 예에 따른 프리폼의 단면도.

도 10은 제3 실시 예에 따른 제조 단계에서 용해 유리를 공급하는 단계를 도시하는 설명도.

도 11은 제3 실시 예에 따른 제조 단계에서 상부 몰드 반편으로 유리 블록을 가압함으로써 프리폼을 제조하는 단계를 도시하는 설명도.

도 12는 도 11에 도시된 상태에서 상부 몰드 반편을 제거한 상태를 도시하는 도면.

이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하면서 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프리폼에 대해 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그리고 도 5 내지 도 8을 참조하면서 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프리폼에 대해 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 도 9 내지 도 12를 참조하면서 본 발명의 제3 실시 예에 따른 프리폼에 대해서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 실시 예들에 대한 아래의 설명에서, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호가 부여되고 그에 대한 설명은 생략하거나 간략화 하기로 한다.

여기서 언급되는 프리폼의 높이는, 일측이 아래를 향하도록 프리폼이 수평으로 고정되었을 때, 수직 위 방향으로 가장 높은 위치까지에 대한 거리를 의미한다. 프리폼의 중심 벽 두께는 프리폼의 대략 중심에서 프리폼의 두께의 길이를 의미한다. 오목한 부분에서 프리폼의 깊이는, 일측이 아래를 향하도록 프리폼이 수평으로 고정되었을 때, 측면도에서 오목한 부분 곡률의 낮은 점으로부터 상단측 또는 바닥 부분 측에 거의 수평으로 그린 직선까지의 거리를 의미한다. 프리폼의 외부 지름은 위에서 관찰할 때 프리폼의 지름을 의미한다.

제1 실시 예에 따른 프리폼

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프리폼(또는 유리 덩어리)(10)의 단면도이다. 프리폼(10)은 평면도에서 지름(D)을 가지는 원형 형상, 또는 입체적으로 관찰할 때 지름(D)를 갖는 반구 형상으로부터 다소 납작해진 형상을 가진다. 이 반구 형상의 중앙의 위치는 도 1의 바닥 측에 도시된 볼록한 형상의 선단 부분의 하면 중심점(12)인데, 이는 볼록한 표면의 가장 낮은 부분에 대응한다. 저면도에서, 프리폼은 이 하면 중심점(12)을 중심으로 하는 지름(D)를 갖는 원형 형상을 나타낸다. 하면 중심점(12)에서 경사선이 부가된 부메랑 형상(개방된 "V" 형상)을 갖는 단면(19)이 도시되어 있다. 이 프리폼은 도면에서 수직으로 연장되어 하면 중심점(12)을 통과하는 축에 대해 회전 대칭을 나타내고, 단면(19)을 포함하는 수직 평면에 대해 면 대칭인 형상을 갖는다.

단면(19)은 위에서 설명한 바와 같이 좌우 모두에 대해 상향 경사지게 연장된 형상을 갖고, 단면에서 좌우 선단은 소정의 반지름을 갖는 원호(14)를 따르고, 프리폼(10)의 상면과 부드럽게 연결되는 단면의 외곽선에 도달한다. 이 상면은 도면의 프리폼의 최대 높이를 갖는 원주 부분(22)으로부터 부드럽게 하강하는 오목한 표면(16)을 가지며(이는 아래에서 설명됨), 단면(19)에서 외곽선은 위에서 언급한 원호(14)를 관통하여 변곡점(17)을 지나 오목한 표면(16)의 홈의 중앙을 향한다. 변곡점(17) 근방에서 곡률은 변화하지만, 변곡의 위치 및 정도는 사실상 제조 조건 및 제조 방법에 따라 달라질 수 있다.

프리폼(10)의 볼록한 부분의 선단의 하면 중심점(12) 근방은 구형 표면 "구 R1"의 부분으로 구성된다. "구 R1"의 중심(18)은 위에서 언급한 회전 대칭의 축에 위치하지만, 오목한 표면(16)의 면에 비해 높게 위치한다. 상기 "구 R1"의 범위는 단면 (19)에서 "deg 1"과 동일하거나 작은 범위에 속한다. 이와 유사하게, 프리폼(10)의 오목한 표면(16)의 중심 부분은 "구 R2" 구형 면의 부분으로 구성된다. "구 R2"의 중심(20)은 위에서 언급한 회전 대칭의 축에 위치한다. "구 R2"의 범위는 단면(19)에서 "deg 2"와 동일하거나 작은 범위에 속한다.

하면 중심점(12)과 프리폼의 볼록한 부분의 선단의 원호(14) 사이 영역은 소정의 구형 표면을 갖는다; 하지만, 그 중심은 원형 대칭의 축에 위치하지 않고, 도면의 오른쪽으로 이동해 있다(우측에는 볼록한 표면의 대칭으로서 왼쪽으로).

여기에 사용될 수 있는 파라미터 D, R1, R2, Deg1 및 Deg2는 각각 다음의 범위에 속할 수 있다.

[표 1]

	하한치	상한치
D	5.0	20
R1	8	60
R2	6	20
Deg1	3	30
Deg2	10	40

여기서 언급된 프리폼의 높이는, 예를 들어, 하면 중심점(12)이 아래를 향 하여 프리폼의 볼록한 부분의 꼭지점이 되도록 프리폼(10)이 수평으로 고정될 때, 프리폼이 위치한 표면으로부터 수직 위 방향으로 가장 높은 위치까지의 거리를, 구체적으로는 도 1의 거리(h)를, 의미할 수 있다. 달리 말하면, 측면도에서 하향 볼록한 곡선과 상단측에서 거의 수평인 직선을 갖는 납작한 반구 형상에서, 볼록한 곡선의 최하부로부터 직선까지의 거리가 납작한 반구 형상의 소정의 높이(h)이다.

오목한 부분에서 프리폼의 깊이는, 예를 들어, 프리폼의 볼록한 부분이 아래를 향하도록 프리폼이 고정될 때, 프리폼이 위치하는 표면에서 프리폼 오목한 부분 곡률의 바닥 점까지의 수직 거리(t)와 위에서 언급한 프리폼의 높이(h) 사이의 차이다. 구체적으로는, 깊이는 도 1에서 (Δh)에 대응한다. 다시 말하면, 이는 평면도에서 거의 원형인 형상의 대략 중앙 위치에서, 상면의 오목한 표면의 가장 낮은 부분으로부터 위에서 언급한 상단측의 상기 직선까지의 거리에 대응한다.

프리폼의 중앙 벽 두께는 볼록한 부분 곡률의 꼭지점에서 오목한 부분 곡률의 바닥점까지의 거리를 의미한다. 도 1에서, 중앙 벽 두께는 (t)에 의해 표시된 거리에 대응한다.

여기서 프리폼의 외부 지름은 위에서 관찰할 때 프리폼의 지름을 의미한다. 도 1에서, 외부 지름은 지름(D)로 나타낸 거리를 의미한다.

본 예에서, 오목한 부분의 깊이(Δh)는 바람직하게는 프리폼의 외부 지름의 0.02배 이상이다. 또한, 바람직하게는 오목한 부분의 깊이 (Δh)의 0.9배 이하이다. 오목한 표면(16)의 오목한 부분의 홈이 외부 지름에 비해 너무 큰 경우, 프리폼은 몰드 시 치핑(chipping)될 가능성이 있고, 이로 인해 불량품이 생산될 가능 성이 증가한다. 반대로, 홈이 너무 작은 경우, 다음의 정밀한 가압 성형에서 유리의 변형량이 너무 크게 되고, 이로 인해 몰드의 수명이 단축되며 정밀 가압 성형에서 사이클 타임(cycle time)이 증가할 가능성이 있다.

본 발명의 실시 예에서, 중앙 벽 두께(t)는 프리폼의 외부 지름(D)의 0.2배 이상인 것이 바람직하다. 또한, 프리폼의 외부 지름(D)의 0.9배 이하인 것이 바람직하다. 중앙 벽 두께가 외부 지름에 비해 너무 작은 경우 몰드 과정에서 프리폼은 치핑되기 쉽고, 이로 인해 불량품이 생산될 가능성이 증가한다. 이에 반하여, 중앙 벽 두께가 너무 큰 경우 다음의 정밀 가압 성형 과정에서 유리의 변형량이 너무 커져서 몰드의 수명이 단축되고 사이클 타임이 증가할 가능성이 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 높이(h)는 프리폼의 외부지름에 대해 하한치 0.2배 및 상한치 0.9배를 갖는 것이 바람직하다. 여기서 외부 지름에 비해 높이가 너무 작은 경우, 잉여 패드가 퍼져 외부 지름을 크게 하고, 이로 인해 치핑되기 쉬운 얇은 벽을 형성할 것이다. 반대로, 높이가 너무 큰 경우에는 성형에서 변형량이 너무 커져 몰드의 수명이 짧아지고 싸이클 타임이 증가할 수 있다.

본 발명에 따른 프리폼의 외부 지름 및 중앙 벽 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 작업의 효율성 측면에서 외부 지름의 상한치는 바람직하게는 20mm, 더욱 바람직하게는 15mm, 그리고 가장 바람직하게는 12mm일 수 있다. 더욱이, 외부 지름의 하한치는 바람직하게는 5mm, 더욱 바람직하게는 7mm, 가장 바람직하게는 9mm일 수 있다. 반면, 중앙 벽 두께의 상한치는 바람직하게는 18mm, 더욱 바람직하게는 12mm, 그리고 가장 바람직하게는 8.5mm일 수 있다. 또한, 중앙 벽 두께의 하한치는 바람직하게는 1.0mm, 더욱 바람직하게는 2.0mm, 가장 바람직하게는 3.5mm일 수 있다.

본 발명의 프리폼의 곡률 반경 R을 측정하기 위해, 예를 들어, φ4의 측정 도구를 사용하여 측정을 수행할 수 있다. 구체적으로는, φ의 측정 도구는 "φ4"의 내부 지름 및 감지 핀을 갖는 컵을 포함하는 컵 게이지이다. 감지 핀의 변위량은 디지털 미터로 표시될 수 있다. 우선, 컵의 상부 면의 위치와 감지 핀의 위치는 베이스 플레이트를 이용하여 정렬하고, 그 위치를 베이스로 정의한다(디지털 미터가 0이 되는 위치). 그 다음, 컵에 맞대어 가압되는 프리폼의 측정 표면과 감지 위치는 디지털 미터로부터 판독된다(ΔH). 이 값은 곡률 반경 R을 도출하기 위해서 아래 식 (1)에 대입된다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 프리폼은 도 2에서 도 4에 개략적으로 도시된 제조 단계를 통해 제조될 수 있다. 도 2는 장치(50)를 도시하고, 소정의 중량을 갖는 유리 블록(11)을 축적하기 위해서 용해된 유리를 공급하는 단계를 도시한다. 성형 이전에 작은 소정의 중량을 갖는 유리 블록(11)에 대해서, 용해된 유리를 공급하는 장치의 노즐(52)로부터 공급 포트에 부분적으로 떨어지는 용해된 유리(56)에서 나타난 바와 같이, 소정의 온도로 가열된 용해된 유리는 하부 몰드 반편(또는 수용 몰드)(54)에 공급되어 축적된다. 여기서 하부 몰드 반편(54)은 미세한 바람 구멍이 개방되어 있는데, 이로 인해 화살표(62)로 표시된 바와 같이 뜨거운 바람, 따뜻한 바람 및 찬 바람이 공급될 수 있다. 이와 같은 공급은 하부 몰드 반편의 수명을 연장하게 하지만, 바람은 또한 공급되지 않을 수 있다. 하부 몰드 반편(54)에 축적된 용해된 유리는 가스 대기에 의해 어느 정도 냉각되면서 유리블록(11)을 형성하고, 하부 몰드 반편(54)에 상부 몰드 반편(72)이 가해지는 위치로 이동한다.

도 3은 장치(70)를 도시하고, 상부 몰드 반편(72)으로 압축력을 가함으로써 프리폼의 오목한 부분을 형성하는 단계를 도시한다. 하부 몰드 반편(54)과 함께 이동한 유리 블록(11)은 반대편에 위치하는 상부 몰드 반편(72)에 의해 가압되면서, 소정의 유리 표면 온도가 된다. 이로써, 오목한 부분을 갖는 광학소자용 프리폼(13)을 얻을 수 있다. 이 과정에서, 화살표(62)에 의해 도시된 바와 같이 하부 몰드 반편(54)의 표면(60)에서 소정의 온도를 갖는 바람이 공급되며, 이와 동시에 소정의 온도를 갖는 바람이, 화살표(76)에 의해 도시된 바와 같이, 상부 몰드 반편(72)에서 공급된다.

그리고 하부 몰드 반편(54)의 형상은 특정한 곡률 반경으로 한정되지 않고, 그 자체가 가스를 방출하거나 하지 않을 수 있다. 도 4는 제품으로서의 프리폼(15)을 제거하기 위해서, 도 3에서 오목한 표면(16)에 오목한 부분을 형성한 상부 몰드 반편(72)을 제거한 상태를 도시한다. 도 2 내지 도 4에 대한 설명에서, 프리폼에 의해 제조된 광학소자로서 오목-볼록 형상 등을 갖는 렌즈가 보여진다. 그러나 최종적으로 얻어진 몰드된 제품이 양면이 오목한 렌즈 등인 경우, 볼록한 형상의 프리폼의 수용 몰드를 이용하거나 오목한 형상에 일단 수용된 조각을 볼록한 형상의 수용 몰드로 이동함으로써 도면의 하부측 표면이 오목한 형상을 갖도록 형성할 수 있다. 따라서 형성된 표면의 전체 또는 부분은 위에서 설명한 방법에 따라 오목한 형상을 갖도록 자유롭게 조절될 수 있다.

제2 실시 예에 따른 프리폼

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프리폼을 도시하는 단면도이다. 이 프리폼(10a)은 평면도에서 지름(D)을 가진 원형 형상, 또는 지름 (D)를 갖는 반구 형상의 납작한 부분을 포함하고 입체적으로 관찰할 때 수직 대칭으로 연결되는 형상을 가진다. 즉, 제2 실시 예에 따른 프리폼은, 도 5에 나타난 바와 같이, 하면이 오목한 부분을 형성한다는 점에서 도 1에 도시된 제1 실시 예에 따른 프리폼과 다르다.

단면은 위에서 설명한 바와 같이 좌우 모두에 대해 상향 경사지게 연장된 형상을 갖고, 단면에서 좌우 선단은 소정의 반지름을 갖는 원호를 따르고, 프리폼의 상면 및 하면과 부드럽게 연결되는 단면의 외곽선에 도달한다. 이 상면 및 하면은 원주 부분으로부터 완만하게 기울어지는 오목한 표면을 가진다. 오목한 표면의 곡률 반경 및 깊이는 제조 조건에 따라서 자유롭게 변경할 수 있다. 여기에 사용될 수 있는 파라미터 D, R1, R2, Deg1 및 Deg2는 각각 다음의 범위에 속할 수 있다.

표 2

	하한치	상한치
D	5.0	20
R1	6	60
R2	6	60
Deg1	3	40
Deg2	3	40

삭제

본 실시 예에서, 각각의 오목한 부분의 깊이의 합(Δh1 + Δh2)은 바람직하게는 외부 지름(D)의 0.02배 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.05배 이상이며, 가장 바람직하게는 0.1배 이상이다. 그리고 각각의 오목한 부분의 깊이의 합(Δh1 + Δh2)은 바람직하게는 0.9배 이하, 더욱 바람직하게는 0.7배 이하, 가장 바람직하게는 0.5배 이하이다. 오목한 부분들의 깊이가 외부 지름에 비해 너무 큰 경우, 프리폼이 성형될 때 치핑이 발생하기 쉽고, 이로 인해 불량품의 수가 증가한다. 반면, 깊이가 너무 작은 경우, 다음의 정밀 가압 성형에서 유리의 변형량이 너무 커지고, 이로 인해 몰드의 수명이 감소하고 정밀 가압 성형에서 싸이클 타임이 증가할 가능성이 유발된다.

본 실시 예에서, 중앙 벽 두께 (t)는 프리폼의 외부 지름(D)의 바람직하게는 0.2배 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.3배 이상이며 가장 바람직하게는 0.4배 이상이다. 또한, 중앙 벽 두께(t)는 프리폼의 외부 지름(D)에 비해 바람직하게는 0.9배 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.8배 이하이며 가장 바람직하게는 0.7배 이하이다. 중앙 벽 두께가 외부 지름에 비해 너무 작은 경우 프리폼이 몰드될 때 치핑이 발생하기 쉽고, 이로 인해 불량 제품이 발생할 가능성이 증가한다. 반면, 중앙 벽 두께가 너무 큰 경우 다음의 정밀 가압 성형에서 유리의 변형량이 너무 크게 되고, 이로 인해 수명의 단축 및 정밀 가압 성형에서 싸이클 타임이 증가할 가능성이 유발된다.

본 실시 예에서, 높이 h는 프리폼의 외부 지름 D에 대해 0.1배, 더욱 바람 직하게는 0.2배 그리고 가장 바람직하게는 0.3배의 하한치를 가지고, 0.9배, 더욱 바람직하게는 0.8배 그리고 가장 바람직하게는 0.7배의 상한치를 가진다. 여기서 높이가 외부 지름에 비해 너무 작은 경우, 잉여 패드가 퍼져 외부 지름을 크게 하고, 이로 인해 치핑되기 쉬운 얇은 벽을 형성할 것이다. 반대로, 높이가 너무 큰 경우, 성형에서 변형량이 너무 크게 되어 몰드의 수명 감소 및 싸이클 시간의 증가가 초래될 수 있다.

본 발명에 따른 프리폼의 외부 지름 및 중앙 벽 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 작업의 효율성 측면에서 외부 지름의 상한치는 바람직하게는 20mm, 더욱 바람직하게는 15mm, 그리고 가장 바람직하게는 12mm일 수 있다. 더욱이, 외부 지름의 하한치는 바람직하게는 5mm, 더욱 바람직하게는 7mm, 가장 바람직하게는 9mm일 수 있다. 반면, 중앙 벽 두께의 상한치는 바람직하게는 18mm, 더욱 바람직하게는 12mm, 그리고 가장 바람직하게는 8.4mm일 수 있다. 또한, 이 중앙 벽 두께의 하한치는 바람직하게는 1.0mm, 더욱 바람직하게는 2.0mm, 가장 바람직하게는 3.5mm일 수 있다.

제조 실시 예

제2 실시 예에 따른 프리폼은 제1 실시 예에 따른 프리폼의 제조 단계와 유사한 제조 단계에 의해 제조될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 실시 예에 따른 프리폼과는 하부 몰드 반편(54a)에서 표면(60a)이 볼록하다는 점에 대해서만 차이가 있다. 다른 부분, 즉, 용해된 유리를 공급하고 소정의 질량을 갖는 유리 블록을 축적하는 장치 및 단계(도 6), 프리폼을 제조하기 위해 상부 몰드 반편(72)으로 가압하는 단계(도 7), 그리고 상부 몰드 반편을 분리하고 제품을 제거하는 단계(도 8)는 제1 실시 예에 의한 프리폼의 제조 공정의 것과 유사한 것이 적용될 수 있다. 이로 인해 양면이 오목한 부분을 갖는 프리폼(13a, 15a)이 제조될 수 있다.

제3 실시 예에 따른 프리폼

도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 프리폼을 도시하는 단면도이다. 이 프리폼(10b)은 평면도에서 지름(D)을 가진 원형 형상, 또는 지름 (D)를 갖는 반구 형상의 납작한 부분을 포함하고 입체적으로 관찰할 때 수직 대칭으로 연결되는 형상을 가진다. 즉, 제3 실시 예에 따른 프리폼은, 도 9에 나타난 바와 같이, 상면이 볼록한 부분을 형성한다는 점에서 도 1에 도시된 제1 실시 예에 따른 프리폼과 다르다.

단면은 위에서 설명한 바와 같이 좌우 모두에 대해 상향 경사지게 연장된 형상을 갖고, 단면에서 좌우 선단은 소정의 반지름을 갖는 원호를 따르고, 프리폼의 상면과 부드럽게 연결되는 단면의 외곽선에 도달한다. 이 상면 및 하면은 원주 부분으로부터 완만하게 굴곡되는 볼록한 표면을 가진다. 이러한 제3 실시 예에 따른 프리폼의 지름(D) 및 벽 두께(t)는 제조 조건에 따라서 자유롭게 변경할 수 있다. 여기에 사용될 수 있는 파라미터 D, R1, R2, Deg1 및 Deg2는 각각 다음의 범위에 속할 수 있다.

표 3

	하한치	상한치
D	10	20
t	3	6

본 실시 예에서, 중앙 벽 두께(t)는 프리폼의 외부 지름(D)에 비해 바람직하게는 0.45배 이하, 더욱 바람직하게는 0.40배 이하이다. 특히, 점도가 높은 유리 또는 유리 전이 온도(Tg)가 높은 유리가 사용되는 경우, 프리폼의 외부 지름(D)의 0.3배 이하인 중앙 벽 두께가 적은 충진량(charging amount)과 에너지 절감이라는 면에 있어서 가장 실용적이다. 중앙 벽 두께가 외부 벽 지름에 비해 너무 큰 경우 가압 성형은 많은 시간을 필요로 하는데, 이는 많은 에너지 소모를 필요로 하기 때문에 경제적으로 불리할 수 있다. 또한, 프리폼의 벽 두께(t)는 외부 지름(D)에 비해 바람직하게는 0.05배 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.1배 이상인데, 이는 프리폼의 벽 두께가 너무 작은 경우 성형에서 치핑이 발생할 가능성을 증가시킬 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 프리폼의 외부 지름 및 중앙 벽 두께는 특별히 한정되지 않지만, 작업 효율의 측면에서 외부 지름의 상한치는 바람직하게는 20mm, 더욱 바람직하게는 18mm, 그리고 가장 바람직하게는 17mm일 수 있다. 또한, 외부 지름의 하한치는 바람직하게는 10mm, 더욱 바람직하게는 12mm, 그리고 가장 바람직하게는 13mm일 수 있다. 그리고 중앙 벽 두께의 상한치는 바람직하게는 6mm, 더욱 바람직하게는 5.5mm, 그리고 가장 바람직하게는 5mm일 수 있다. 또한, 중앙 벽 두께의 하한치는 바람직하게는 3mm, 더욱 바람직하게는 3.5mm, 그리고 가장 바람직하게는 4mm 일 수 있다.

제조 실시 예

제3 실시 예에 따른 프리폼은 제1 실시 예에 따른 프리폼의 제조 단계와 유사한 제조 단계에 의해 제조될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 실시 예에 따른 프리폼과는 상부 몰드 반편(72b)에서 표면(74b)이 오목하다는 점에 대해서만 차이가 있다. 다른 부분, 즉, 용해된 유리를 공급하고 소정의 질량을 갖는 유리 블록을 축적하기 위한 장치 및 단계(도 10), 프리폼을 제조하기 위해 상부 몰드 반편(72b)으로 가압하는 단계(도 11), 상부 몰드 반편을 분리하고 제품을 제거하는 단계(도 12)는 제1 실시 예에 의한 프리폼의 제조 공정의 것과 유사한 것이 적용될 수 있다. 이로 인해 양면이 볼록한 부분을 갖는 프리폼(13b, 15b)이 제조될 수 있다.

실시 예

다음으로, 구체적인 실시 예들이 설명된다.

실시 예 1

용해는 1100 내지 1300℃의 유리 용해 온도를 제공하는 유리 용해로에서 실시되었으며, 파이프의 선단에 있는 노즐(52)은 900 내지 1200℃까지 가열되었다. 다음으로, 하부 몰드 반편(54)은 노즐(52) 바로 밑에 배치되고 유리 블록(11)은 노 즐(52)에 접근하도록 낙하 또는 상승되었다. 하부 몰드 반편(54)의 오목한 몰딩 표면이 용해 유리로 채워질 때, 하부 몰드 반편(54)이 강하되었다. 그 다음, 용해 유리는 절단되어 유리 블록(11)이 얻어졌다.

하부 몰드 반편(54)의 재질은 다공성 금속으로서, 공기, 산소, 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 기체 또는 그 혼합 기체 중 어느 하나를 0.5 ~ 10 L/min로 방출한다. 유리 블록(11)을 받치고 있는 하부 몰드 반편(54)이 상부 몰드 반편(72)에 의해 가압되어 오목한 부분을 갖는 광학소자용 프리폼(13)이 얻어졌다. 본 실시 예에서는 광학 유리 조성물로서 두 종류, 즉 실리카-붕소 산 베이스 또는 란탄 베이스 광학 유리가 사용되었다.

실시 예 2

유리 블록(11)을 실시 예 1과 유사한 온도 조건에서 가스의 방출이 없는 하부 몰드 반편(54)을 이용하여 얻었다. 이 유리 블록(11)을 받치고 있는 하부 몰드 반편(54)은, 가스를 방출하는 미세한 구멍을 구비하는 상부 몰드 반편(72) 바로 밑으로 이동되었고, 동시에 800 내지 1500℃의 유리 표면 온도 조건에서 반대 위치에 배치된 상부 몰드 반편(72)의 가압 표면(74)에 의해 가압되었다. 이로서, 오목한 부분을 갖는 광학소자용 프리폼(13)이 얻어졌다.

가압 방법에서, 유리 블록(11)의 개방 표면에 대한 가압은 1 내지 10초 동안 연속적으로 수행되었다. 본 방법에 의해 얻어진, 오목한 부분을 갖는 광학소자용 프리폼(13)의 면은 매끄러운 거울 표면이었다.

이와 같은 방법에 의해 제조되는 유리 프리폼은 중앙 벽 두께가 외부 지름의 0.3배, 오목한 부분의 깊이가 외부 지름의 0.06배, 높이가 외부 지름의 0.4배였다.

실시 예 3

양면이 오목한 부분을 갖는 광학소자용 프리폼이 실시 예 1에 의한 방법과 유사한 방법에 따라 제조되었는데, 다만 실시 예 1의 하부 몰드 반편이 볼록한 형상을 갖는 하부 몰드 반편으로 변경되었다. 본 실시 예에서는 광학 유리 조성물로서 두 종류, 즉 실리카-붕소 산 베이스 또는 란탄 베이스 광학 유리가 사용되었다.

실시 예 4

양면이 오목한 부분을 갖는 광학소자용 프리폼이 실시 예 2에 의한 방법과 유사한 방법에 따라 제조되었는데, 다만 실시 예 2의 하부 몰드 반편이 볼록한 형상을 갖는 하부 몰드 반편으로 변경되었다. 가압 방법에서, 유리 블록의 개방 표면에 대한 가압은 1 내지 10초 동안 연속적으로 수행되었다. 본 방법에 의해 얻어진, 양면이 오목한 부분을 갖는 광학소자용 프리폼의 면은 매끄러운 거울 표면이었다. 또한, 결과로 얻어진 프리폼은 중앙 벽 두께가 외부 지름의 0.4배, 오목한 부분의 깊이의 합이 외부 지름의 0.2배, 높이가 외부 지름의 0.6배였다.

실시 예 5

양면이 볼록한 부분을 갖는 광학소자용 프리폼이 실시 예 1에 의한 방법과 유사한 방법에 따라 제조되었는데, 다만 실시 예 1의 상부 몰드 반편이 오목한 형상을 갖는 상부 몰드 반편으로 변경되었다. 본 실시 예에서는 광학 유리 조성물로서 두 종류, 즉 실리카-붕소 산 베이스 또는 란탄 베이스 광학 유리가 사용되었다.

실시 예 6

실시 예 5와 유사한 방법에 따라 상이한 물리적 특성이 나타나도록 프리폼을 제조하였다. 실시 예 5 및 실시 예 6의 물리적 특성 값이 표 4에 나타나 있다.

표 4

	실시 예 5	실시 예 6
D	13.5	14.0
T	5.0	6.0
t/D	0.37	0.43
R1 (자유면, 상면)	42	64
R2 (몰드면, 하면)	42	30
R1/ R2	1.0	2.1

실험 예 1

실시 예 1 또는 2에 의해 생산된 광학소자용 프리폼을 이용하여 정밀한 가압 실험을 수행하였다. 실험 예 1에서 사용된 본 발명에 의한 프리폼은 중앙 벽 두께가 외부 지름의 0.3배, 오목한 부분의 깊이가 외부 지름의 0.06배, 높이가 외부 지름의 0.4배였다.

광학소자용 프리폼은 10⁴ 내지 10¹¹ Pa?s에 상응하는 온도로 가열되었다. 그 후, 프리폼은 상부 몰드 반편에 의해 100 내지 300 kg/cm²으로 3 내지 60초 동안 압축되고 냉각 및 몰드 분리가 이어져 최종적으로 몰드된 제품이 얻어졌다.

그리고, 비교 예로서, 동일한 가압 조건 하에서 외부 지름 10mm 및 중앙 벽 두께 6.5mm의 양면볼록 프리폼에 대해 정밀 가압 실험이 수행되었다. 본 광학소자용 프리폼은 정밀 가압 성형에서 안정적인 정착을 나타내었고, 생산된 몰드된 제품에서 불량품이 매우 적었다.

본 광학소자용 프리폼과, 예를 들어 유리 덩어리에 대한 불량 정도의 비교가 표 5에 나타나 있다. 여기서 불량 정도는 몰드와의 융합(fusion), 크랙(crack), 및 칩(chip) 등을 의미한다. 예를 들면, 2%의 불량률은 가압 횟수에 대한 불량 발생 횟수의 비율을 의미한다.

표 5

가압 횟수	본 제조 방법을 이용한 프리폼의 불량 정도의 비율	양면이 볼록한 비교 예에 따른 유리 덩어리의 불량 정도의 비율
100회	0%	0%
200회	0%	2%
500회	0%	3%

표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 광학소자용 프리폼은 500회의 연속적인 가압에서 불량이 발생하지 않은 반면, 양면이 볼록한 덩어리는 200회의 압축에서 불량을 나타내었다. 이는 가압에서 불안정한 정착을 나타내고 많은 양의 변형을 포함하는 양면볼록 유리 덩어리에 의해 야기되는 것으로 판단된다.

실험 예 2

실시 예 3 또는 4에 의해 생산된 광학소자용 프리폼을 이용하여 정밀한 가압 실험을 수행하였다. 실험 예 2에서 사용된 본 발명에 의한 프리폼은 중앙 벽 두께가 외부 지름의 0.4배, 오목한 부분의 깊이가 외부 지름의 0.2배, 높이가 외부 지름의 0.6배였다.

그리고, 비교 예로서, 동일한 가압 조건 하에서 외부 지름 10mm 및 중앙 벽 두께 6.5mm의 양면볼록 프리폼(비교 2) 및 외부 지름 11mm 및 중앙 벽 두께 5.0mm의 볼록-오목 프리폼(비교 1)에 대해 정밀 가압 실험이 수행되었다. 본 광학소자용 프리폼은 정밀 가압 성형에서 지극히 안정적인 정착을 나타내었고, 생산된 몰드된 제품에서 불량품이 매우 적었다.

본 발명에 따른 광학소자용 프리폼의 불량 정도와 광학소자, 예를 들어, 양면이 볼록한 프리폼 및 볼록-오목 프리폼의 불량 정도를 비교하여 표 6에 나타내었다. 여기서 불량 정도는 몰드와의 칩(chip), 크랙(crack), 융합(fusion) 등을 의미한다. 예를 들면, 2%의 불량률은 압축의 수에 대해서 불량이 발생할 비율을 의미한다.

표 6

가압 횟수	본 발명에 의한 프리폼 불량품	비교 예1에 따른 볼록-오목 프리폼 불량률	비교 예2에 따른 양면이 볼록한 프리폼 불량률
100회	0%	0%	0%
500회	0%	0%	3%
1000회	0%	2%	6%

표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 광학소자용 프리폼은 1000회의 연속적인 가압에서 불량이 발생하지 않은 반면, 양면이 볼록한 프리폼은 500회의 가압에서 이미 3%의 불량을 나타내었고, 볼록-오목 프리폼은 1000회의 가압에서 불량을 나타내었다. 이는 우선적으로 가압에서 프리폼의 정착에 의해 야기되는 것으로 판단된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 소정의 온도까지 가열된 용해된 유리를 수용 몰드에 수용한 후 반대 위치에서 상부 몰드 반편으로 가압함으로써 형성되는 광학소자용 프리폼에 특징이 있으며, 외부 지름, 깊이, 및 높이에 대한 특정된 관계가 연관된다.

본 발명의 바람직한 실시 예들을 도시하고 설명하였지만, 이는 발명에 대한 예시에 해당하는 것으로 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 부가, 생략, 대체 그리고 다른 변형 예가 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 가능하다. 따라서 본 발명은 발명의 상세한 설명에 의해 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 제한된다.

외부 지름, 깊이 및 높이에 대한 특정된 관계를 포함하는 프리폼의 사용은 정밀 성형에서 칩 및 크랙을 줄이고 불량품의 생산 비율을 감소시킨다. 또한, 몰드에 의한 충진량이 감소할 수 있기 때문에 유리의 적은 변형을 달성하고 몰드의 수명이 길어질 수 있다. 따라서 압축 몰드를 수리하는 빈도가 줄어들 수 있고, 이로 인해 원하는 외관 및 품질로서 오목한 형상을 가지는 광학소자를 위한 저렴한 프리폼을 제공할 수 있다. 또한, 오목한 형상을 가지는 홈의 형성으로 인해 유리 덩어리의 정착이 몰드 공정에서 만족할 만한 수준이 되고 변형을 줄일 수 있으며, 이로 인해 가압 시간의 단축으로 인하여 비용을 절감할 수 있다.

Claims

평면도에서 소정의 지름을 가지는 원형 형상을 나타내고, 측면도에서 하향으로 볼록한 곡선 및 상단측에 수평한 직선을 갖는 납작한 반원 형상을 나타내어서, 상기 볼록한 곡선의 최하부에서 상기 직선까지 거리는 상기 납작한 반원 형상의 소정의 높이가 되고, 상면에 오목한 표면을 갖고 하면에 볼록한 표면을 가지는 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서,

상기 상면의 상기 오목한 표면은, 상기 평면도의 원형인 형상에서 중앙 위치에 상기 오목한 표면의 최하부를 형성하고;

상기 하면의 상기 볼록한 표면은, 상기 중앙 위치에 대응하여 상기 하면의 중앙 위치에 상기 볼록한 표면의 최하부를 형성하며;

상기 납작한 반원 형상의 상기 높이 대 상기 평면도에서의 상기 원형인 형상의 지름의 비율이 0.2 내지 0.9이며;

상기 광학 유리 소자 성형용 프리폼의 외부 지름이 20mm이하이며;

상기 광학 유리 소자 성형용 프리폼은 경화되는 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
제1항에 있어서,

상기 평면도에서 원형인 형상을 갖는 상기 중앙 위치에서 상기 오목한 표면은, 상기 측면도에서 상기 오목한 표면의 상기 최하부에서 상기 상단측의 상기 직선 사이의 거리 대 상기 평면도에서 상기 원형인 형상의 상기 지름의 비율이 0.02 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 평면도의 상기 중앙 위치에서 상기 프리폼의 벽 두께 - 상기 측면도에서 상기 볼록한 표면의 최하부에서 상기 오목한 표면의 최하부까지의 거리- 대 상기 평면도에서 상기 원형인 형상의 상기 지름의 비율이 0.2 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
제1항에 있어서,

상기 볼록한 표면은 상기 볼록한 표면의 상기 최하부 근방의 곡률 반경 대 상기 오목한 표면에서 상기 오목한 표면의 상기 최하부 근방의 곡률 반경의 비율이 0.4 내지 10인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
평면도에서 소정의 지름을 가지는 원형인 형상을 나타내고, 상면 및 하면에 오목한 표면을 갖는 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서,

상기 상면의 상기 오목한 표면은 상기 평면도에서 상기 원형인 형상의 중앙 위치에 상기 오목한 표면의 최하부를 형성하고;

상기 하면의 상기 오목한 표면은 상기 중앙 위치에 대응하여 상기 하면의 중앙 위치에 상기 오목한 표면의 최상부를 형성하며;

측면도에서 납작한 타원 형상의 높이 대 상기 평면도에서 원형인 형상의 상기 지름의 비율은 0.1 내지 0.9이며;

상기 광학 유리 소자 성형용 프리폼의 외부 지름이 20mm이하이며;

상기 광학 유리 소자 성형용 프리폼은 경화되는 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
제5항에 있어서,

상기 측면도에서 하나의 오목한 표면에 있는 상기 오목한 표면의 상기 최하부로부터 상단측까지의 거리와 상기 측면도에서 다른 오목한 표면에 있는 상기 오목한 표면의 상기 최상부로부터 하단측까지의 거리의 합 대 상기 평면도에서 원형인 형상의 상기 지름의 비율이 0.02 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 프리폼의 벽 두께 - 상기 측면도에서 하나의 오목한 표면에 있는 상기 오목한 표면의 상기 최하부로부터 다른 오목한 표면에 있는 상기 오목한 표면의 상기 최상부까지의 거리 - 대 상기 평면도에서 원형인 형상의 상기 지름의 비율이 0.2 내지 0.9인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
제5항에 있어서,

상기 측면도에서 하나의 오목한 표면에 있는 상기 오목한 표면의 상기 최하부 근방의 곡률 반경 대 상기 측면도에서 다른 오목한 표면에 있는 상기 오목한 표면의 상기 최상부 근방의 곡률 반경의 비율이 0.1 내지 10인 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
제1항에 따른 상기 프리폼을 가압 성형하는 단계를 포함하는 광학소자를 생산하는 방법.
제5항에 따른 상기 프리폼을 가압 성형하는 단계를 포함하는 광학소자를 생산하는 방법.
평면도에서 소정의 지름을 가지는 원형인 형상을 나타내고, 상면 및 하면에 볼록한 표면을 갖는 광학 유리 소자 성형용 프리폼에 있어서,

상기 상면의 상기 볼록한 표면은 상기 평면도에서 상기 원형인 형상의 중앙 위치에 상기 볼록한 표면의 최상부를 형성하고;

상기 하면의 상기 볼록한 표면은 상기 중앙 위치에 대응하여 상기 하면의 중앙 위치에 상기 볼록한 표면의 최하부를 형성하며;

상기 프리폼의 벽 두께 - 측면도에서 상기 상면에 있는 상기 볼록한 표면의 상기 최상부로부터 상기 하면에 있는 상기 볼록한 표면의 상기 최하부까지의 거리 대 상기 평면도에서 상기 원형인 형상의 지름의 비율이 0.45 이하이며;

상기 광학 유리 소자 성형용 프리폼의 외부 지름이 20mm이하이며;

상기 광학 유리 소자 성형용 프리폼은 경화되는 광학 유리 소자 성형용 프리폼.
제11항에 따른 상기 프리폼을 가압 성형하는 단계를 포함하는 광학소자를 생산하는 방법.