KR101821859B1 - 광학 소자의 제조를 위한 성형 공구 및 방법 - Google Patents

Abstract

- 제 1 몰드부 (2),
- 분리면에 의해 제 1 몰드부 (2)로부터 분리된 제 2 몰드부(3),
- 제조될 광학 소자의 제 1 층을 성형하기 위해 분리면에 배치된 제 1 분사 스테이션(4),
- 제조될 광학 소자의 제 2 층이 제 1층에 분사될 수 있는, 분리면에 배치된 제 2 분사 스테이션(5), 및
- 제 1 분사 스테이션(4)에서 제 2 분사 스테이션(5)으로 제 1 층을 이송하기 위한 제 1 이송 장치
를 포함하는 광학 소자의 제조를 위한 몰딩 공구로서,
제조될 광학 소자의 제 3층이 제 1층 및/또는 제 2층에 분사될 수 있는, 분리면에 배치되는 제 3 분사 스테이션(6)이 제공되며, 제 1층과 그 위에 분사된 제 2층은 별도의 제 2 이송 장치를 통해 제 2 분사 스테이션(5)으로부터 제 3 분사 스테이션(6)으로 이송될 수 있다.

Description

광학소자 제조용 성형공구 및 방법{Molding tool and method for the production of an optical element}

본 발명은 청구항 1의 특징부에 기재된 특성을 가지는 광학 소자, 특히 렌즈 제조용 성형 공구, 및 청구항 16의 특징부의 특성에 따른 광학 소자 제조 방법에 대한 것이다.

본 출원인의 공보 AT 505321 A1으로부터 알려진 바와 같이, 예컨대 렌즈들은3층으로 효과적으로 주입 성형될 수 있다. 각각의 단일 공동(cavity)에서 두 렌즈들을 제조하는 것이 보다 효과적이므로 두 층들로의 분할은 바람직하지 않다. 두 층 렌즈의 제조는 예컨대, EP 1785255 A1에 개시되어 있다.

EP 0839636 A2는 3단계로 렌즈를 제조하는 것을 개시하며, 렌즈 코어가 제조되고, 이어서 코어가 성형 공구에 배치되고 이어서 완성된 렌즈 표면이 우선 일 측면에서 용융-용접되고 이어서 다른 측면에 용융-용접된다. 이로써 바람직하게 3층 구조의 이점이 달성된다. 그러나, 예비 성형물(preliminary molding)을 성형 공구 내부로 이송하기 위하여 상당한 노력이 경주되어야 하므로 이러한 실시에 의해서도 두 층 렌즈 구조에 비교해서 약간의 향상된 경제적 효율만을 달성할 수 있다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 비해서 더욱 간단한 방식으로 3층 또는 다층 렌즈를 제조할 수 있도록 하는 성형 공구 및 방법을 제공하는 것이다.

성형 공구에 있어서, 상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의하여 달성된다. 성형 방법에 있어서, 상기 목적은 청구항 16의 특징들에 의하여 달성된다.

본 발명의 주 실시예는 성형 공구의 (단일) 분리면에 배치된 3개의 분리 주입 스테이션들에서 3층 렌즈를 제조하는 것을 포함한다.

여기서 분리면(separation plane)이라는 용어는 성형 공구의 절반부들이 만나는 표면을 표시하기 위하여 사용된다. 이 표면은 평탄할 필요는 없으나 또한 곡면이거나 단턱부들을 포함할 수 있다. 유일한 기준은 주입 스테이션들의 공동이 분리면에서 같이 만나는 몰드 절반부(mold halves)들에 의하여 형성되는 것이다. 일반적으로 본 발명에 따른 성형 공구는 두 개의 몰드 절반부들만을 포함할 필요는 없다. 본 발명에 따른 성형 공구는 또한 슬라이더들과, 이젝터들 그리고 많은 다른 이동가능한 및 이동할 수 없는 부품들을 추가로 포함할 수 있다. 특히, 제1 및/또는 제2 이송 기구는 또한 성형 공구의 일부일 수 있다.

분리면에 적어도 3개의 주입 스테이션들을 배치함으로써 다음 공동들로 각각의 주입 성형된 층들을 이송하기 위하여 수행되어야 하는 기술적 복잡성과 비용 면에서 상당한 단순화가 제공된다. 더욱이, 공구에 잔류하는 잔열은 층의 접합에 긍정적인 영향을 미친다.

본 발명에 의하면 단일 주입 조립체에 의하여 3층 또는 다층 광학 소자를 제조할 수 있다. 일반적으로 광학 소자들은 또한 소정 개수의 주입 조립체들에 의하여 제조될 수 있다.

하나의 평면에 주입 스테이션들을 배치함에 의한 추가적인 이점은 백색의 청정실 조건이 보다 용이하게 달성될 수 있는 점이다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부의 특허청구범위에 정의된다.

제3 주입 스테이션은, 제3 층이 제2 층과 반대되는 방향으로 향하는 제1 층의 일측에서 제3 주입 스테이션에 주입되도록, 구성될 수 있다. 예컨대 렌즈의 외부 층들이 동시에 주입되는 구조에 비교해서, 그러한 실시예에서는 용융 흐름이 균형을 이루지 않아도 되는 큰 이점을 가진다. 용융 흐름이 너무 일찍 주입되거나 또는 과도하게 큰 압력을 가하면 예비 몰딩이 파손되거나 또는 아니면 손상을 입을 수 있다. 출원인의 조사에 의하면, 그러한 파열과 손상을 방지하기 위하여 경주되어야 하는 노력과 복잡성은 상당하였음이 보여졌다.

본 실시예에 의하면, 제2 및 제3 층들에 의하여 소정의 편차들과 수축 표시(shrink mark)가 덮혀지고, 이로 인해 해로운 효과를 가지지 않으므로 비교적 작은 정확도를 가진 제1 층을 제조할 수 있다.

제1 주입 스테이션은 적어도 두 개의 보조 층(sub-layer)들로 제1 층을 제조하도록 구성될 수 있다. 이러한 측면에서 제1 층을 완성하는 최후의 보조 층이 제1 주입 스테이션에서 형성되는 것은 중요할 수 있다. 또한 분리면에서 3개 이상의 주입 스테이션들을 배치하고 3개 이상의 층들 또는 보조 층들로 광학 소자를 형성할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

제1 이송 기구는 제1 주입 스테이션으로부터 제2 주입 스테이션으로 제1 층이 이송될 수 있는 취급 로봇(handling robot)을 포함할 수 있다. 이로써 제1 층은 제2 주입 스테이션으로 이송되기 전에 냉각 스테이션으로 주입될 수 있다. 이는 또한 제1 이송기구가 턴테이블을 포함하는 구조에서 가능할 것이며, 그에 의하여 제1 층은 제1 주입 스테이션으로부터 제2 주입 스테이션으로 이송될 수 있다. 턴테이블 사용 시 완전한 사이클 시간이 냉각 시간에 적응하도록 변경되어야 하는 반면, 취급 로봇을 이용 시 냉각 작동의 시간 - 또는 냉각이 실행되는 사이클들의 수가 조정가능하다는 이점이 있을 수 있다. 위 단점은 성형 공구 외부에 냉각 스테이션이 배치됨으로써 방지될 수 있다.

제3 주입 스테이션으로 이송하는 것에 대해, 제2 이송 기구는 제1 층을 그 위에 주입된 제2 층과 같이 제3 주입 스테이션으로 이송하기 위하여, 제2 층을 형상화하는 제2 주입 스테이션의 일부를 이동시키도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 완성된 광학 소자의 표면들이 몰드로부터 한번만 분리되고 몰드로부터 분리 후에는 다시 몰드 공동으로 주입될 필요가 없도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 이는 표면에 손상을 유발할 수 있으며, 이는 정확하게는 광학 소자들의 경우 당연히 해로울 수 있다.

특히, 제2 층을 위한 형상을 생성하는 부분이 제3 주입 스테이션으로 이송하기 위하여 사용될 때, 제2 이송 기구가 제 1층을 그 위에 주입된 제2 층과 같이 제2 주입 스테이션으로부터 제3 주입 스테이션으로 이송시킬 수 있는 턴테이블을 포함하면 특히 효과적일 수 있다. 이는 특히 간단한 실시예를 제시한다. 제2 층의 형상을 발생하는 부분이 제3 주입 스테이션으로의 이송을 위해 사용되면, 제1 층은 그 위에 주입된 제2 층과 같이 그 부분에 의하여 제2 주입 스테이션으로부터 제3 주입 스테이션으로 이송될 수 있으며, 턴테이블 대신에 취급 로봇을 또한 사용할 수 있다.

동시에 둘 이상의 렌즈들이 제조되며, 즉, 주입 스테이션들에서 각각의 개별 광학 소자들의 둘 이상의 층들이 제조되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 쌍으로 구비되어야 하는 차량 전조등용 렌즈들의 제조에 효과적일 수 있다.

일반적인 용어에서: 주입 스테이션들은 공통 공구에 의하여 모두 형성되나, 각 주입 스테이션은 또한 그 자체의 특수한 공구에 의하여 형성될 수 있는 것이 제공된다. 턴테이블은 머신의 구성 부품이거나 또는 공구의 구성부품일 수 있다.

본 발명에 따른 성형 공구를 가지는 주입 성형 머신에 대한 보호가 또한 청구된다.

본 발명의 추가적인 이점들과 상세한 내용들은 도면들과 관련된 구체적인 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면들에서:
도 1은 분리면에 배치된 3개의 주입 스테이션을 가지는 광학 소자 제조용 성형 공구의 개략도이며,
도 2는 두 개의 턴테이블을 가지는 제1 및 제2 이송 기구들을 가지는 본 발명의 실시예를 도시하며,
도 3은 두 개의 턴테이블들이 또한 구비되고 턴테이블들의 하나는 냉각 스테이션으로서 형성/작용하는 본 발명의 실시예를 도시하며, 및
도 4는 취급 로봇과 턴테이블을 가진 본 발명의 실시예를 도시한다.

도 1은 제1 몰드 절반부(2)와 제2 몰드 절반부(3)를 포함하는 성형 공구(1)를 개략적으로 도시한다. 성형(molding) 공구(1)는 개방되어 도시된다. 제1 주입 스테이션(4), 제2 주입 스테이션(5) 및 제3 주입 스테이션(6)이 성형 공구의 분리면에 배치된다.

두 렌즈들의 3개의 층들이 3개의 주입 스테이션들에서 성형된다. 본 구체 실시예에서, 자동차의 헤드라이트에 사용될 예정이기 때문에, 쌍을 이루는 렌즈들의 제조가 유익한 것으로 입증된다.

각각의 스테이션들의 성형부(shaping part)들은 이하와 같다:

- 1R: 우측 렌즈의 제1 층의 성형부;

- 1L: 좌측 렌즈의 제1 층의 성형부;

- 2R: 우측 렌즈의 제2 층의 성형부;

- 2L: 좌측 렌즈의 제2 층의 성형부;

- 3R: 우측 렌즈의 제3 층의 성형부; 및

- 3L: 좌측 렌즈의 제3층의 성형부.

제1 주입 스테이션(4)에서, 1R과 1L로 표시된 성형부들이 서로 대향된다. 성형 공구(1)가 닫힌 후에 제1 층은 형성된 공동 내에 주입된다. 이어서 제1 층은 제1 이송 기구에 의하여 제2 주입 스테이션(5)의 대응하는 성형부로 이송되고, 이에 대한 이송 기구들의 각각의 다른 구조들이 도 2 내지 도 4에 도시된다. 서로에 대한 성형부들의 방향은 부호(1R, L 내지 3R, L)들의 방향(orientation)에 의하여 표시된다. 특히, 제2 주입 스테이션(5)의 방향은 180°"회전(turn)"된다. 성형 공구(1)가 닫힌 후에, 그러므로 내부에 제1 층이 배치된 1R-, 1L- 공동부들과 2R과 2L로 표시된 공동부들은 대향하는 관계이다. 이어서 제2 층이 2R-, 2L-측면 위에 형성된 자유 공간에 주입된다. 이러한 제2 층은 이미 제조될 렌즈의 표면을 형성한다. 본 실시예에서, 이 표면은 몰드로부터 단지 한 번 분리되고 이 후에 렌즈 표면에 손상을 유발할 수 있으므로 다시 몰드 위에 배치되지 않는다.

이어서 제1 층은 제2 층과 같이 제2 주입 스테이션(5)에서 제3 주입 스테이션(6)으로 이송된다. 이송 기구들의 디자인 구조들에 대해, 다시 도 2 내지 도 4를 참조한다. 성형 공구가 다시 닫힌 후에, 성형부는 각각 2R과 2L, 3R과 3L로 표시된 바와 같이 대향하는 관계로 배치된다. 다시 한번 이는 확장된 공동을 제공하고, 제3 층은 자유 공간으로 주입된다. 제3 주입 작동 후에, 렌즈는 완성되고 성형 공구(1)가 개방된 후에 몰드로부터 분리될 수 있다.

도 2는 이송 기구들의 구조의 제1 예를 도시한다. 이 경우, 두 개의 턴테이블(8)들이 사용되고, 턴테이블(8)의 하나는 제1 몰드 절반부(2)에 배치되고 턴테이블(8)의 다른 하나는 제2 몰드 절반부(3)에 배치된다. 이론상으로, 이러한 구조에서 또한 제1 주입 스테이션(4) 또는 제2 주입 스테이션(5)의 1R과 1L로 표시된 성형부들로 턴테이블을 분리하고 재삽입하여 냉각 스테이션을 통합할 수 있다. 냉각 효과를 얻기 위해서는 도 3과 4의 실시예들이 바람직하다. 모든 성형부들은 바리오서멀(variothermal) 관계로 제어될 수 있으며, 즉, 성형부들은 제조 사이클 동안 목표 온도가 변하도록 온도 제어될 수 있다. 이러한 측면에서, 비교적 높은 온도가 먼저 일반적으로 가소화된(plasticised) 플라스틱 등의 주입을 증대시키도록 사용되고 이후에 각 층의 경화를 촉진하기 위하여 냉각이 실행된다.

도 3의 실시예에서도 층들을 이송하기 위하여 두 개의 턴테이블(8)을 사용한다. 상기 설명된 실시예와 달리, 제2 몰드 절반부(3)에 배치된 턴테이블(8)은 부가적인 위치를 가지며, 이는 또한 제1의 몰드 절반부(2) 상의 K에 의하여 표시된 대응부를 구비한다. 이러한 부가적인 위치는 냉각용으로 작용한다. 그러므로 제1 층은 생성 후에 냉각 스테이션(K)에서 한 사이클 동안 냉각된다.

이외에는 본 실시예는 도 2의 실시예와 유사하다.

이는 또한 도 4의 실시예에 적용되는 데, 단지 차이는 제2 주입 스테이션(5)에 제1 층들을 이송하기 위하여, 이 장치는 턴테이블(8)을 사용하지 않고 취급 로봇(도시 생략)을 사용한다는 것이다. 이 실시예에서, 1R과 1L로 표시되는 제조 후의 제1 층들은 제2 주입 스테이션(5)의 부분들 내에 다시 고정되기 전에 외부 냉각 스테이션으로 이송된다. 이러한 외부 냉각 스테이션의 이점은 냉각 시간이 사이클 시간에 의하여 지체되지 않는 것이다. 실제로 냉각은 또한 둘 이상의 사이클에 걸쳐 실행될 수 있으므로, 냉각 시간은 비교적 잘 조정될 수 있다.

이러한 측면에서, 또한 렌즈들의 완성된 형상의 표면은 몰드로부터 분리된 후에는 다시 몰드 공동 내로 장입되는 것이 필요하지 않다.

그러한 이유로서 그리고 냉각 시간의 조정가능성에 기인하여, 본 실시예는 바람직한 실시예일 수 있다. 본 발명의 추가적인 이점은 광학 소자들의 제조가 또한 단지 단일 주입 유닛에 의하여 수행될 수 있다는 것이다.

도면에 도시된 주입 스테이션(4, 5 및 6)들은 모두 공구의 구성 부품이되도록 구성될 수 있다. 그러나 각 주입 스테이션은 또한 그 자체의 공구(서로 병치된 관계의 3개의 공구들)에 의하여 성형될 수 있다.

도 2와 3의 턴테이블(8)의 경우, 턴테이블(8)들은 머신의 구성 부품이거나 공구의 구성 부품이다.

도 4에는 다시 턴테이블(8)이 공구나 머신의 구성 부품일 가능성이 존재한다. 더욱이, 실시예는 하나의 공구를 통해 시행될 수 있다. 실시예는 또한 제1 주입 스테이션은 하나의 공구로 제조되고, 제2 공구는 주입 스테이션 2 및 3을 형성하도록 구성될 수 있다. 이어서 제2 공구는 또한 턴테이블을 포함할 수 있다.

'턴테이블(turntable)'이라는 표현 대신에 이 기술 분야의 기술자들은 또한 "회전 디스크"라는 용어를 사용함을 알아야 한다. 어디에서나 이것이 의미하는 것은 각 공동의 적어도 두 개의 성형 절반부들을 구비하며 절반의 성형부가 적어도 두 개의 다른 대응부에 위치될 수 있도록 회전가능한 기구이다. 턴테이블 자체는 공구 또는 머신의 구성 부품일 수 있다.

Claims (17)

1. 광학소자 제조용 성형공구로서:
   제1 몰드 절반부(2);
   상기 제1 몰드 절반부로부터 분리되는 제2 몰드 절반부(3);
   제조될 광학 소자의 제1층을 형성하기 위한 제1 주입 스테이션(4);
   제조될 광학 소자의 제2 층이 상기 제1 층 위로 주입될 수 있는 제2 주입 스테이션(5); 및
   상기 제1 주입 스테이션(4)으로부터 상기 제2 주입 스테이션(5)으로 제1 층을 이송하기 위한 제1 이송 기구인 취급 로봇을 포함하는 광학소자 제조용 성형공구에 있어서,
   상기 제1 층은 상기 제1 이송 기구에 의하여 상기 제1 주입 스테이션(4)으로부터 냉각 스테이션으로 그리고 상기 냉각 스테이션으로부터 상기 제2 주입 스테이션(5)으로 이송될 수 있으며, 상기 냉각 스테이션은 상기 성형 공구(1) 외부에 배치되고,
   제조될 광학 소자의 제3 층이 상기 제1 층 및/또는 상기 제2 층 위로 주입될 수 있는 제3 주입 스테이션(6)을 더 포함하며, 제1 층은 그 위에 주입된 제2 층과 같이 별개의 제2 이송 기구에 의하여 상기 제2 주입 스테이션(5)으로부터 상기 제3 주입 스테이션(6)으로 이송될 수 있고, 상기 제3 주입 스테이션(6)은 상기 제3 층이 상기 제2 층과 반대되는 방향으로 향하는 제1 층의 일측에서 상기 제3 주입 스테이션에 주입될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조용 성형공구.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 주입 스테이션(4)은 적어도 두 보조 층(sub-layer)들로 상기 제1 층을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조용 성형공구.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 이송기구는 상기 제1 층을 그 위에 주입된 상기 제2 층과 같이 이송하기 위하여, 상기 제2 층을 성형하는 상기 제2 주입 스테이션(5)의 일부를 상기 제3 주입 스테이션(6)으로 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조용 성형공구.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 이송 기구는 상기 제1 층을 그 위에 주입된 상기 제2 층과 같이 상기 제2 주입 스테이션(5)으로부터 상기 제3 주입 스테이션(6)으로 이송할 수 있는 턴테이블(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조용 성형공구.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 주입 스테이션(4)은 적어도 두 개의 제1 층들이 성형될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조용 성형공구.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 주입 스테이션(5)은 적어도 두 개의 제2 층들이 두 개의 제1 층들 위에 주입될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조용 성형공구.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 주입 스테이션(6)은 적어도 두 개의 제1 층들 및/또는 적어도 두 개의 제2 층들 위에 적어도 두 개의 제3 층들이 주입될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조용 성형공구.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 성형 공구(1)는 광학 소자로서 렌즈를 제조하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조용 성형공구.
9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 성형 공구를 가지는 주입 성형 머신.
10. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 광학소자 제조용 성형 공구 또는 상기 광학소자 제조용 성형 공구를 가지는 주입 성형 머신에 의한 광학 소자의 제조방법으로서,
    - 제조될 광학 소자의 제1 층은 제1 주입 스테이션(4)에서 성형되고,
    - 상기 제1 층은 제1 이송기구인 취급 로봇에 의하여 제2 주입 스테이션(5)으로 이송되고, 및
    - 제조될 광학 소자의 제2 층은 상기 제2 주입 스테이션(5)에서 제1 층 위에 주입되는 광학 소자의 제조방법에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제1 이송기구에 의하여 상기 제1 주입 스테이션(4)으로부터 상기 성형 공구(1) 외부에 배치된 냉각 스테이션으로, 그리고 상기 냉각 스테이션으로부터 상기 제2 주입 스테이션(5)으로 이송되고,
    - 상기 제1 층은 그 위에 주입된 상기 제2 층과 같이 상기 제2 주입 스테이션(5)으로부터 별개의 제2 이송 기구에 의하여 제3 주입 스테이션(6)으로 이송되고, 및
    - 제조될 상기 광학 소자의 제3 층은 상기 제2 층과 반대되는 방향으로 향하는 상기 제1 층의 일측에서 주입되는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
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