KR101797965B1 - 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법 - Google Patents

초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초소형 어레이 비구면 렌즈를 사출성형하기 위한 금형 코어를 공작기계로 가공시 표면거칠기를 효과적으로 개선하여 렌즈의 품질을 향상시킬 수 있는 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법에 관한 것이다.
본 발명의 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법은 금형의 저면과 대향하는 제 1경사면 및 상기 금형의 측면과 대향하는 제 2경사면이 형성된 지그를 공작기계에 설치하는 지그설치단계와, 상기 금형의 저면을 상기 제 1경사면에 접촉시키고 상기 금형의 일측면을 상기 제 2경사면에 접촉시켜 상기 금형을 경사지게 장착하는 금형장착단계와, 상기 금형의 상부에 형성된 코어를 상기 공작기계에 설치된 엔드밀로 절삭하여 가공하는 가공단계를 포함한다.

Description

초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법{processing method of mold core for injection molding of aspherical array lens}
본 발명은 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초소형 어레이 비구면 렌즈를 사출성형하기 위한 금형 코어를 공작기계로 가공시 표면거칠기를 효과적으로 개선하여 렌즈의 품질을 향상시킬 수 있는 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법에 관한 것이다.
IT 산업의 발달로 인하여 초정밀 광학제품들이 다양한 분야에서 활용되고 있다.
광학용 초소형 리플렉터, 광학용 초소형 프리즘, 광학렌즈, 프리즘시트, 초정밀 비구면렌즈, 광회절격자 등과 같은 광학제품들은 전자산업분야뿐만 아니라 기타 관련분야에서 필수 불가결한 소재로서 중요성을 더해가고 있다.
렌즈는 현미경, 확대 망원경(magnifier telescope), 디지털 카메라 및 비디오 카메라와 같은 광학 기구의 핵심요소이다.
초소형 렌즈(micro lens)는 1밀리미터 이하의 직경을 가진 렌즈로서 규정되어지나, 5밀리미터 또는 그 이상의 직경을 가진 렌즈도 초소형 렌즈로서 때때로 고려된다. 초소형 렌즈는 일반적으로 디스플레이 장치나 광통신용 부품 또는 발광다이오드 소자 등에는 빛의 수렴, 확산, 반사 등을 제어하기 위해 사용된다.
이러한 광학제품들은 생산하기 위해서는 일반적으로 사출성형을 행하게 되는데 그 용도가 광학적 효과를 달성하기 위한 것이므로 사출가공에 사용되는 금형 코어는 매우 우수한 형상 정밀도가 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2004-0029912호에는 도광판 제작방법이 개시되어 있다.
상기 특허는 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 초소형 다이아몬드 엔드밀 공구를 이용하여 코어의 표면을 기계가공하는 방법을 적용하고 있다. 이와 같이 CNC머신과 같은 공작기계를 이용한 코어의 표면가공방법은 비용이 저렴하면서 비구면을 구현하기에 적합하다.
하지만, 엔드밀 공구를 이용한 종래의 초정밀 가공방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
회전운동을 하는 엔드밀(1)을 이용하여 코어(5)를 가공할 경우, 엔드밀(1)의 선단부 정점(A)은 회전속도가 제로이기 때문에 엔드밀의 선단부의 정점(A)과 접촉하는 코어(5)의 표면에서는 연마가 잘 되지 않아 표면거칠기가 양호하지 않다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2004-0029912호: 도광판 제작방법
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 금형 코어의 표면을 공작기계로 가공시 지그를 이용하여 금형을 경사지게 장착함으로써 코어의 표면거칠기를 효과적으로 개선하여 렌즈의 품질을 향상시킬 수 있는 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법은 금형의 저면과 대향하는 제 1경사면 및 상기 금형의 측면과 대향하는 제 2경사면이 형성된 지그를 공작기계에 설치하는 지그설치단계와, 상기 금형의 저면을 상기 제 1경사면에 접촉시키고 상기 금형의 일측면을 상기 제 2경사면에 접촉시켜 상기 금형을 경사지게 장착하는 금형장착단계와, 상기 금형의 상부에 형성된 코어를 상기 공작기계에 설치된 엔드밀로 절삭하여 가공하는 가공단계;를 포함한다.
상기 금형장착단계는 상기 코어의 곡면 중심점에 대한 법선이 상기 엔드밀의 Z축 이동방향과 교차하도록 상기 금형이 경사지게 장착된다.
상기 제 1경사면은 수평면과 이루는 각도가 10 내지 45°인 것을 특징으로 한다.
상기 금형장착단계는 상기 제 1경사면과 상기 금형의 저면을 접착제로 접합하여 상기 금형을 상기 지그에 고정시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명은 금형 코어를 공작기계로 가공시 지그를 이용하여 금형을 경사지게 장착함으로써 코어의 표면거칠기를 효과적으로 개선하여 렌즈의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 금형 코어의 가공방법을 나타낸 그림이고,
도 2는 도 1에 적용된 엔드밀의 선단부를 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금형코어의 가공방법을 나타낸 측면도이고,
도 4는 도 3에 적용된 지그의 측면도이고,
도 5는 도 3의 작용을 나타낸 그림이다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 예에 따른 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법은 크게 지그설치단계와, 금형장착단계와, 가공단계를 포함한다. 단계별로 구체적으로 살펴본다.
1. 지그설치단계
먼저, 금형(10)을 고정시킬 지그(30)를 공작기계에 설치한다. 지그(30)에 의해 금형(10)은 경사지게 위치한다.
지그(30)의 상부에는 금형(10)이 장착되는 장착공간부(37)가 마련된다. 이러한 장착공간부(37)를 형성하기 위해 금형에는 제 1경사면(31)과 제 2경사면(35)이 마련된다.
지그(30)의 장착공간부(37)에 금형을 장착할 경우 제 1경사면(31)은 금형(10)의 저면과 대향하고, 제 2경사면(35)은 금형(10)의 측면과 대향한다. 제 1 및 제 2경사면(31)(35)은 금형(10)의 저면 및 측면과 밀착하여 면접촉할 수 있도록 경면가공된 것이 바람직하다.
제 1경사면(31)은 수평면(H)과 이루는 각도(θ1)가 45°이하인 것이 바람직하다. 가령, 제 1경사면(31)은 수평면(H)과 이루는 각도가 10 내지 45°일 수 있다. 제 1경사면(31)은 각도(θ1)가 45°이하의 범위에서 최대한 큰 각도로 형성하는 것이 바람직하다. 제 1경사면(31)의 각도(θ1)가 클수록 코어의 표면조도 개선 효과가 높다.
제 1경사면(31)의 각도가 10°미만일 경우 표면조도 개선효과가 낮고, 45°를 초과할 경우 공구와 금형의 간섭이 발생할 수 있다.
그리고 제 2경사면(35)은 제 1경사면(31)과 직각을 이루도록 형성된다. 따라서 제 2경사면935)이 수평면(H)과 이루는 각도(θ2)는 45°이상이다. 가령, 45 내지 90°일 수 있다.
상술한 지그(30)는 공작기계의 테이블에 고정될 수 있다.
2. 금형장착단계
지그(30)를 공작기계에 설치한 다음 지그(30)에 금형(10)을 장착한다.
금형(10)은 사각형상의 금속 블록으로 이루어진다. 금형(10)의 측면과 금형의 저면은 직각을 형성한다.
그리고 금형(10)의 상부에는 다수의 코어(15)가 종 및 횡방향으로 어레이되어 형성된다. 코어(15)는 초소형 비구면 렌즈가 성형되는 부분으로서, 렌즈의 형상과 대응되는 형상으로 이루어진다.
금형(10)을 지그(30)에 장착시, 금형(10)의 저면을 제 1경사면(31)에 접촉시키고 금형(10)의 일측면을 제 2경사면(35)에 접촉시킨다. 이에 따라 금형(10)은 지그(30)에 경사지게 장착된다.
금형(10)의 경사각도, 즉 수평면(H)에 대하여 금형(10)의 저면이 이루는 각도는 45°이하이다. 가령, 10 내지 45°일 수 있다. 금형의 경사각도는 45°이하의 범위에서 최대한 큰 각도로 형성하는 것이 바람직하다. 금형의 경사각도가 클수록 코어의 표면조도 개선 효과가 높다. 금형의 경사각도가 45°를 초과할 경우 공구와 금형의 간섭이 발생할 수 있다.
위와 같이 금형(10)이 경사지게 형성되므로 코어(15)의 곡면 중심점(C)에 대한 법선(N)이 엔드밀(1)의 Z축 이동방향과 교차한다. 이는 금형이 경사지지 않고 반듯하게 장착될 경우 코어의 곡면 중심점에 대한 법선이 엔드밀의 Z축 이동방향과 일치하거나 평행하는 종래의 기술과 차이가 있다.
금형(10)을 지그(30)에 장착시 금형(10)의 저면과 제 1경사면(31)은 접착제로 접합하여 금형을 고정시키는 것이 바람직하다. 이 경우 금형(10)의 측면과 제 2경사면(35)은 접착제로 접합시키지 않는다. 금형(10)의 저면과 측면 모두 접착제로 접합시킬 경우 접착제의 두께에 의해 금형 코어의 위치 오차가 발생할 수 있기 때문이다.
3. 가공단계
지그(30)에 금형(10)을 장착한 후 금형(10)의 상부에 형성된 코어(15)를 공작기계에 설치된 엔드밀(1)로 연삭하여 가공한다.
공작기계로 3축(X,Y,Z) 제어형 초정밀 CNC머신을 이용할 수 있다. 이러한 초정밀 CNC머신으로 주축 스핀들이 40,000rpm 이상의 고속제어가 가능하며, 외경, 깊이, 피치간격 등의 수치에 대하여 Z축의 경우 반복정밀도 ±0.1㎛ 이내, X, Y축의 경우 반복정밀도 ±0.5㎛ 이내로 초정밀위치제어가 가능한 것이 바람직하다.
코어(15)를 가공하기 위한 엔드밀(1)로 다이아몬드 엔드밀을 사용할 수 있다. 예를 들어 선단부의 곡률반경이 1mm 이하인 볼 타입의 엔드밀을 사용할 수 있다. 엔드밀의 선단부 크기와 형상은 코어(15)의 형상과 직경에 따라 결정될 수 있다. 엔드밀의 선단부 크기와 형상은 회전시 간섭이 생기지 않는 범위에서 적절하게 형성된다.
설정된 프로그램에 의해 회전하는 엔드밀(1)을 3축(X,Y,Z) 방향으로 이동시키면서 코어(15)를 일정 깊이로 절삭하여 비구면 형상의 가공면을 형성한다.
이와 같이 본 발명은 제 1 및 제 2경사면을 갖는 지그에 금형을 장착하여 금형을 경사지게 위치시킨 상태에서 코어를 가공하므로 표면거칠기를 향상시킬 수 있다. 특히, 코어의 곡면 중심점의 표면거칠기를 효과적으로 개선할 수 있어 광학 특성이 우수한 초소형 어레이 비구면 렌즈를 제작할 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 엔드밀 10: 금형
15: 코어 30: 지그
31: 제 1경사면 35: 제 2경사면

Claims (4)

  1. 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형을 위한 금형 코어의 표면거칠기를 개선하기 위해 상기 금형 코어를 공작기계로 가공하는 방법에 있어서,
    상기 금형의 저면과 대향하는 제 1경사면 및 상기 금형의 측면과 대향하는 제 2경사면이 형성된 지그를 공작기계에 설치하는 지그설치단계와;
    상기 금형의 저면을 상기 제 1경사면에 접촉시키고 상기 금형의 일측면을 상기 제 2경사면에 접촉시켜 상기 금형을 경사지게 장착하는 금형장착단계와;
    상기 금형의 상부에 형성된 코어를 상기 공작기계에 설치된 엔드밀로 절삭하여 가공하는 가공단계;를 포함하고,
    상기 금형장착단계는 상기 제 1경사면과 상기 금형의 저면을 접착제로 접합하여 상기 금형을 상기 지그에 고정시키는 것을 특징으로 하는 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 금형장착단계는 상기 코어의 곡면 중심점에 대한 법선이 상기 엔드밀의 Z축 이동방향과 교차하도록 상기 금형이 경사지게 장착되는 것을 특징으로 하는 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1경사면은 수평면과 이루는 각도가 10 내지 45°인 것을 특징으로 하는 초소형 어레이 비구면 렌즈의 사출성형용 금형 코어의 가공방법.
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