KR101620303B1 - 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법 - Google Patents

차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 플라스틱 헤드라이트 제조방법에 관한 것으로서, 헤드라이트 렌즈의 형상에 대응되는 캐버티를 갖도록 서로 형합되는 상부유리몰드와 하부유리몰드를 유리재질로 각각 구비하는 단계와; 상기 상부유리몰드와 상기 하부유리몰드를 상호 조립한 후, 상기 캐버티로 플라스틱수지를 투입하여 플라스틱 헤드라이트 렌즈를 몰드캐스팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법{PLASTIC HEAD LIGHT LENS PRODUCTING METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 헤드라이트 렌즈 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세히는 유리에 비해 가볍고 굴절률이 좋은 플라스틱으로 성형된 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 여러 가지 등화 장치가 구비되어 있다. 그 중에서 헤드라이트는 야간에 운전자의 운전시야를 확보해 주는 중요한 등화 장치이다.
이와 관련하여 공개특허 2003-0048708호에는 자동차용 헤드라이트 구조가 개시되어 있다. 도 1은 자동차용 헤드라이트(10)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 헤드라이트(10)는 중앙에 광원(15)이 장착된 타원형 반사경(13)과, 반사경 앞쪽에 설치되는 렌즈(20)를 포함한다.
여기서, 렌즈(20)는 광원(15)을 외부로 조사해야하므로 다양한 광학설계를 거쳐 제조된다.
도 2는 종래 렌즈(20)를 성형하기 위한 과정을 개략적으로 도시한 개략도이다. 종래 렌즈(20)는 금속으로 제조된 하부금형(31)과 상부금형(33)을 각각 구비하고, 하부금형(31)과 상부금형(33) 사이에 유리봉을 녹인 후 성형하여 평면 연마를 하여 제조된다.
그런데, 종래 렌즈(20)는 유리로 형성되므로 비중이 높아 상대적으로 무거운 단점이 있다. 또한, 유리는 굴절률이 일정하므로 다양한 물성을 갖는 헤드라이트 렌즈(20)를 제조하는데 한계가 있다.
또한, 금속금형의 제조에 상당한 비용이 투입되고 높은 원자재비용과 연마비용으로 인하여 전체 제조비용이 높아지는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2003-0048708호 대한민국 공개특허 제10-2009-0099056호
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 비중이 가벼운 플라스틱수지를 이용해 플라스틱 렌즈를 제조할 수 있는 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일한 유리몰드 내부에 다양한 굴절률을 갖는 플라스틱수지를 투입해 물성이 다양한 헤드라이트 렌즈를 성형할 수 있는 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 플라스틱 헤드라이트 제조방법에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 플라스틱 헤드라이트 제조방법은, 헤드라이트 렌즈의 형상에 대응되는 캐버티를 갖도록 서로 형합되는 상부유리몰드와 하부유리몰드를 유리재질로 각각 구비하는 단계와; 상기 상부유리몰드와 상기 하부유리몰드를 상호 조립한 후, 상기 캐버티로 플라스틱수지를 투입하여 플라스틱 헤드라이트 렌즈를 몰드캐스팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부유리몰드는 서로 형합되는 제1금형과 제2금형에 의해 제조되고, 상기 하부유리몰드는 서로 형합되는 제3금형과 제4금형에 의해 제조된다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부유리몰드의 내부면에는 광학설계가 이루어진 상부비구면이 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 하부유리몰드의 상면에는 광학설계에 따라 평면 또는 비구면으로 형성되는 하부면이 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부유리몰드와 상기 하부유리몰드를 상호 조립시킨 유리몰드를 구간 별로 온도가 상이하게 조절된 렌즈 릴레이 사출장치 내에서 순환시키며 플라스틱 헤드라이트 렌즈를 몰드캐스팅한다.
본 발명에 따른 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법은 유리몰드를 통해 플라스틱 수지를 몰드캐스팅에 의해 제조된다. 이에 의해 플라스틱 수지로 헤드라이트 렌즈가 제조되므로 광학적 성능이 우수하고 유리보다 높을 굴절률을 갖게 된다. 또한, 유리에 비해 가벼우며 가격이 저렴하게 된다.
유리몰드를 통한 몰드캐스팅에 의해 경도가 높고 상대적으로 제조단가가 낮은 헤드라이트 렌즈를 제조할 수 있다.
금속금형을 통한 사출성형이 불가능한 플라스틱 수지를 유리몰드를 이용하여 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 일반적인 헤드라이트의 구조를 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 종래 헤드라이트 렌즈 제조과정을 개략적으로 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 헤드라이트 렌즈 제조방법 중 유리몰드를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 헤드라이트 렌즈 제조방법 중 유리몰드를 조립하여 헤드라이트 렌즈를 성형하는 과정을 도시한 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 헤드라이트 렌즈 제조방법에 의해 제조된 헤드라이트 렌즈를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 헤드라이트 렌즈 제조방법에 의해 제조된 헤드라이트 렌즈의 다른 실시예를 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 헤드라이트 렌즈 제조방법에 사용되는 렌즈 릴레이 사출장치의 개략도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 차량용 헤드라이트 렌즈 제조를 위한 과정을 개략적으로 도시한 개략도이다.
본 발명에 따른 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 비구면부(210)와 지지부(220)로 형성된다. 본 발명의 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈(200)는 유리에 비해 상대적으로 비중이 가벼운 플라스틱 재질로 형성된다. 특히, 굴절률이 다양한 플라스틱 수지를 몰드성형하여 형성된다. 이에 의해 다양한 물성을 갖는 차량용 헤드라이트 렌즈(200)를 제조할 수 있다.
차량용 헤드라이트 렌즈(200)를 제조하기 위해 먼저 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)를 제조한다. 이를 위해 금속재질로 상부유리몰드(130) 성형을 위한 상부금형조립체(110)를 제작하고, 하부유리몰드(140) 성형을 위해 하부금형조립체(120)를 제작한다.
상부금형조립체(110)는 제1금형(111)과 제2금형(117)이 서로 조립되어 형성된다. 상부금형조립체(110)는 상부유리몰드(130)의 형상에 대응되는 캐버티(115)를 갖도록 형성된다.
하부금형조립체(120)는 제3금형(121)과 제4금형(123)이 서로 조립되어 형성된다. 하부금형조립체(120)는 하부유리몰드(140)의 형상에 대응되는 캐버티(122)를 갖도록 형성된다.
여기서, 제1금형(111)의 상면에는 광학설계에 의해 비구면형상을 갖는 제1광학면(111a)이 형성된다. 제1광학면(111a)에 의해 상부유리몰드(130)에 상부비구면(133)이 형성된다. 제1광학면(111a)은 차량의 종류와 크기, 투입되는 플라스틱수지의 물성 등을 고려하여 직경과 폭, 형상이 설계된다.
제2금형(117)의 상면에는 결합지그(119)가 상부로 연장되어 작업자가 손으로 잡거나, 결합지그에 결합될 수 있다.
상부금형조립체(110)와 하부금형조립체(120)는 금속을 가공하여 각각 제조된 후, 금형검사를 통해 설계에 적합한 금형인지 판단한 후, 적합한 경우에만 유리몰드 성형에 사용된다. 이때, 상부금형조립체(110)와 하부금형조립체(120)를 제조하기 위한 금속으로는 합금공구강, 주철 등을 사용할 수 있는데, 합금공구강 또는 주철 재질의 상부금형조립체(110)와 하부금형조립체(120)를 이용하여 유리몰드를 성형하면, 성형된 유리몰드의 불량률을 낮출 수 있다.
상부금형조립체(110)와 하부금형조립체(120)의 제조가 완료되면 유리봉을 녹여 상부금형조립체(110)와 하부금형조립체(120)에 공급하다. 이에 의해 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)를 성형한다. 성형이 완료된 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)는 검사 후 세척과정을 거친다. 그리고, 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)를 경화시킨다.
경화가 완료된 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)는 강도를 높이기 위하여 불소 고분자를 코팅시켜 주는 것이 바람직하다. 이때, 불소 고분자로는 불소화 에틸렌 프로필렌(Fluorinated ethylene propylene, FEP), 퍼플로로알콕시 (Perfluoroalkoxy, PFA), 에틸렌 테트라플로로에틸렌(Ethylene tetrafluoroethylene, ETFE), 에틸렌 클로로트리플로로에틸렌(Ethylene chlorotrifluoroethylene, ECTFE), 폴리테트라플로로에틸렌(Polytetrafluoroethlene, PTFE), 폴리클로로트리플로로에틸렌(Polychlorotrifluoroethylene, PCTFE), 폴리비닐아이덴플로라이드(Polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리비닐플로라이드(Polyvinylfluoride, PVF) 등을 사용할 수 있다.
코팅이 완료된 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 서로 형합되도록 조립된다. 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140) 사이에는 헤드라이트 렌즈(200)의 형상에 대응되는 캐버티(A)가 형성된다. 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)의 결합영역은 가스켓 및 테이프(150)에 의해 결합된다.
도 3에 도시된 상부유리몰드(130)는 단면도와 측면도를 각각 도시하였다. 측면도에 도시된 바와 같이 상부유리몰드(130)의 일측에는 주입구(135)가 형성된다.
상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)의 결합이 완료되면 캐버티(A)의 주입구(135)로 플라스틱 수지를 주입하여 렌즈를 성형할 수 있다. 이때, 플라스틱 수지로는 폴리 메틸 메타크릴레이드(poly methyl methacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 아릴디글리콜카보네이트(ally-di-glicol-carbonate, ADC) 등을 사용할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)로 이루어진 한 쌍의 유리몰드(320)가 구간 별로 온도가 상이하게 조절된 렌즈 릴레이 사출장치(300) 내에서 순환하며 수지의 주입와 렌즈의 배출이 순차적으로 진행되며 헤드라이트 렌즈를 성형할 수 있다.
이때, 렌즈 릴레이 사출장치(300)는 각 구간별로 서로 다른 온도영역으로 유지되는 릴레이터널(310)과: 상부유리몰드와 하부유리몰드로 이루어지며 상기 릴레이터널 내부에 연속하여 배치되는 복수개의 유리몰드(320)와; 상기 복수개의 유리몰드를 서로 연결하는 릴레이(330)와; 상기 릴레이가 일정 속도로 회전되도록 구동력을 제공하는 릴레이구동부(340)와; 상기 릴레이터널의 일측에 구비되어 상기 복수개의 유리몰드에 순차적으로 수지를 주입하는 수지주입부(350)와; 상기 수지주입부와 대향되는 방향에 배치되어 사출성형이 완료된 헤드라이트 렌즈가 외부로 배출되는 배출부(360)와; 상기 릴레이구동부와 상기 수지주입부 및 상기 배출부를 제어하는 제어부(380)로 이루어져 있다.
이때, 렌즈 릴레이 사출장치(300)은 수지주입부(350)와 배출부(360)를 기준으로 온도가 상이하게 제어될 수 있다. 예를 들면, 수지주입부(350)를 기준으로 가장 온도가 높은 T1의 온도로 예열되고, 그 상태에서 수지주입부(350)에서 수지가 주입된다. 그리고, 점차 온도가 T2~T6을 거쳐 실온까지 냉각되고, 사출성형이 완료된 렌즈는 배출부(360)에서 배출된다. 렌즈가 배출된 유리몰드(320)의 온도가 다시 상승되도록 T7~T8을 경유해 T1이 되도록 온도가 조절된다. 이 때, 릴레이구동부(340)에 의해 구동되는 릴레이(330)의 회전속도와, 렌즈의 크기와 두께 등에 의해 냉각시간, 예열시간 등이 조절될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 유리몰드가 릴레이터널 내에서 천천히 이동되며 서냉하므로 성형된 헤드라이트 렌즈의 수축과 변형이 적어 제품의 불량률을 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 헤드라이트 제조방법은 유리로 제작된 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)를 통해 몰드캐스팅방법을 적용한다. 기존의 금속금형에 플라스틱수지를 투입하여 사출성형하는 방법을 사용할 경우에는 헤드라이트 렌즈의 두께가 두꺼워 함몰현상 및 수축이 심하게 발생하여 광학적 특성이 사라지게 된다. 이에 이러한 문제를 해결하기 위해 장시간 식혀서 금속금형으로부터 헤드라이트 렌즈를 분리할 경우 생산단가가 높아지고 불량률이 높아지고, 생산성이 떨어지는 문제가 추가로 발생되었다. 이에 본 발명에 따른 유리몰드를 통해 플라스틱 헤드라이트 렌즈를 몰드캐스팅에 의해 제작할 경우 상술한 문제를 모두 해결할 수 있다.
또한, 상부유리몰드(130)와 하부유리몰드(140)로부터 헤드라이트 렌즈(200)를 분리한 후, 다양한 코팅기술을 적용시킬 경우 다양한 특성을 갖는 헤드라이트 렌즈(200)를 제조할 수 있다.
한편, 상부유리몰드(130)의 상부비구면(133) 뿐만 아니라 하부유리몰드(140)에 하부면(141)에도 광학설계에 따라 비구면성형을 할 수 있다. 즉, 제3금형(121)의 제2광학면(121a)을 도 4에 도시된 바와 같이 평평하게 형성하지 않고 상부로 돌출된 비구면 형상으로 형성할 경우 도 6에 도시된 바와 같이 헤드라이트 렌즈(200a)의 하부에 하부비구면(221)을 형성할 수 있다.
이렇게 상부비구면(211)과 하부비구면(221)을 함께 성형할 경우 구면수차를 더욱 줄일 수 있어 광학적 성능이 뛰어난 헤드라이트 렌즈(200a)를 만들 수 있다.
따라서, 경우에 따라 하부유리몰드(140)도 평면 또는 비구면으로 광학설계를 할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법은 유리몰드를 통해 플라스틱 수지를 몰드캐스팅에 의해 제조된다. 이를 위해 하나의 금속금형들로부터 다수의 유리몰드를 별도의 가공없이 제작한다.
플라스틱 수지로 헤드라이트 렌즈가 제조되므로 광학적 성능이 우수하고 유리보다 높은 굴절률을 갖게 된다. 또한, 유리에 비해 가벼우며 가격이 저렴하게 된다.
유리몰드를 통한 몰드캐스팅에 의해 경도가 높고 상대적으로 제조단가가 낮은 헤드라이트 렌즈를 제조할 수 있다.
또한, 금속금형을 통한 사출성형이 불가능한 플라스틱 수지를 유리몰드를 이용하여 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 유리몰드를 온도가 상이하게 조절된 릴레이터널 내에서 천천히 이동되며 서냉시키므로 렌즈의 수축과 변형이 적어 제품의 불량률을 줄일 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 상부금형조립체 111 : 제1금형
111a : 제1광학면 117 : 제2금형
120 : 하부금형조립체 121 : 제3금형
121a : 제2광학면 123 : 제4금형
130 : 상부유리몰드 133 : 상부비구면
135 : 주입구 140 : 하부유리몰드 141 : 하부비구면 150 : 테이프 및 가스켓
200 : 헤드라이트 렌즈 210 : 비구면부
220 : 지지부 300 : 렌즈 릴레이 사출장치
310 : 릴레이터널 320 : 유리몰드
330 : 릴레이 340 : 릴레이구동부
350 : 수지주입부 360 : 렌즈배출부
370 : 온도조절부 380 : 제어부

Claims (5)

  1. 헤드라이트 렌즈의 형상에 대응되는 캐버티를 갖도록 서로 형합되는 상부유리몰드와 하부유리몰드를 유리재질로 각각 구비하는 단계와;
    상기 상부유리몰드와 상기 하부유리몰드를 상호 조립시킨 유리몰드를 구간별로 온도가 상이하게 조절된 렌즈 릴레이 사출장치 내에서 순환시키며 상기 캐버티로 플라스틱수지를 투입하여 플라스틱 헤드라이트 렌즈를 몰드캐스팅하는 단계를 포함하고,
    상기 상부유리몰드는 서로 형합되는 제1금형과 제2금형에 의해 성형한 후 불소 고분자로 코팅시키고,
    상기 하부유리몰드는 서로 형합되는 제3금형과 제4금형에 의해 성형한 후 불소 고분자로 코팅시키며,
    상기 불소 고분자는 불소화 에틸렌 프로필렌(Fluorinated ethylene propylene, FEP), 퍼플로로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 에틸렌 테트라플로로에틸렌(Ethylene tetrafluoroethylene, ETFE), 에틸렌 클로로트리플로로에틸렌(Ethylene chlorotrifluoroethylene, ECTFE), 폴리테트라플로로에틸렌(Polytetrafluoroethlene, PTFE), 폴리클로로트리플로로에틸렌(Polychlorotrifluoroethylene, PCTFE), 폴리비닐아이덴플로라이드(Polyvinylidenefluoride, PVDF) 및 폴리비닐플로라이드(Polyvinylfluoride, PVF)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며,
    상기 렌즈 릴레이 사출장치는 각 구간별로 서로 다른 온도영역으로 유지되는 릴레이터널과: 상기 릴레이터널 내부에 연속하여 배치되는 복수개의 유리몰드를 서로 연결하는 릴레이와; 상기 릴레이가 일정 속도로 회전되도록 구동력을 제공하는 릴레이구동부와; 상기 릴레이터널의 일측에 구비되어 상기 복수개의 유리몰드에 순차적으로 수지를 주입하는 수지주입부와; 상기 수지주입부와 대향되는 방향에 배치되어 사출성형이 완료된 헤드라이트 렌즈가 외부로 배출되는 배출부와; 상기 릴레이구동부와 상기 수지주입부 및 상기 배출부를 제어하는 제어부로 이루어지며, 상기 수지주입부와 상기 배출부를 기준으로 온도가 상이하게 제어되는 것을 특징으로 하는 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부유리몰드의 내부면에는 광학설계가 이루어진 상부비구면이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부유리몰드의 상면에는 광학설계에 따라 평면 또는 비구면으로 형성되는 하부면이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈의 제조방법.
  5. 삭제
KR1020140073603A 2013-06-28 2014-06-17 차량용 플라스틱 헤드라이트 렌즈 제조방법 KR101620303B1 (ko)

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KR1020130075063 2013-06-28

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