KR101848759B1 - 온도조절부재를 구비한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치 - Google Patents

온도조절부재를 구비한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치 Download PDF

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Abstract

온도조절용 온도조절부재를 구비한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에 관한 것으로, 몰드 베이스에 내장된 냉각라인에 더해 캐비티를 형성하는 코어에 보다 근접하여 급속 히팅 및 냉각이 가능하도록 한 온도조절부재를 구비함으로써 광학 렌즈의 성형 품질을 높이고 성형시간을 단축할 수 있도록 한 것이다.
이러한 본 발명은, 서로 이격을 두고 대향하는 상태에서 적어도 하나가 가동되면서 서로 간의 이격을 변화시킬 수 있도록 하고, 제1냉각라인이 매설되어 있는 한 쌍의 몰드 베이스와; 상기 몰드 베이스의 내측에 설치되어 서로 대향하면서 용융된 수지가 주입되는 캐비티를 형성하는 한 쌍의 코어와; 상기 코어의 외측면을 접촉하여 감싸도록 설치되는 플레이트와, 상기 코어를 가열하기 위해 상기 플레이트에 매설된 가열라인과, 상기 코어를 냉각하기 위해 상기 플레이트에 매설된 제2냉각라인으로 이루어져 상기 코어를 가열 및 냉각할 수 있도록 한 한 쌍의 온도조절부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

온도조절부재를 구비한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치{MOLD APPARATUS FOR MANUFACTURING OF OPTICAL LENS WITH TEMPERATURE CONTROL MEMBER}
본 발명은 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에 관한 것으로, 특히 몰드 베이스에 내장된 냉각라인에 더해 캐비티를 형성하는 코어에 보다 근접하여 급속 히팅 및 냉각이 가능하도록 한 온도조절부재를 구비함으로써 광학 렌즈의 성형 품질을 높이고 성형시간을 단축할 수 있도록 한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에 관한 것이다.
최근 휴대 전화나 스마트폰 등의 휴대용 모바일기기는 그 기술의 발전과 더불어 단순히 전화기능 뿐만 아니라 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 카메라 모듈(Camera module)이 가장 대표적이라 할 수 있다. 이러한, 카메라 모듈에는 여러 개의 광학 렌즈가 광축방향으로 적층되어 사용된다.
카메라 모듈에 사용되는 광학 렌즈는 사출 성형 공정을 통해 생산된다. 사출 성형 공정에서 금형의 렌즈 형상 부분이 전사되어 렌즈 제품을 이루게 되므로 금형의 정밀도는 매우 중요하다.
이러한 광학 렌즈 제조용 금형장치는 도 1에서 볼 수 있는 것처럼 몰드 베이스(11), 캐비티(C)를 형성하는 코어(13)와 상기 코어(13)를 지지하는 코어홀더(12), 실린더(14)를 통해 용융된 수지를 공급하는 이젝터(15), 제품 성형 후 수지를 냉각시키기 위한 냉각라인(11)으로 구성된다.
그러나, 종래기술에 의한 광학 렌즈 제조용 금형장치의 경우 이젝터(15)에 의해 캐비티(C)로 주입된 용융수지가 도 2에서 볼 수 있는 것처럼 금형 표면(평균 30-40도)에 접촉한 후 성형과정에서 냉각되어 급격하게 응고되는 관계로 초정밀 치수 정도를 요구하는 광학 렌즈의 경우 설계치와 성형치수와의 편차가 발생하였으나 이를 최소화하기 위한 방편으로 주입압력 및 설비 체결압의 조절만으로는 부족하여 미성형 결함 및 광학 성능의 불량으로 나타났다.
또한, 캐비티로 주입된 수지의 급격한 온도 저하로 제품 표면 및 선단부와 중심부 수지 간에 층 분리가 발생하거나 서로 다른 수지 흐름이 만나는 지점에서 Weld Line, Flow Mark 등의 결함을 유발함으로써 후공정 표면처리 및 품질 불량을 야기하는 원인이 되었다.
뿐만 아니라 성형된 수지를 냉각하기 위한 냉각라인은 몰드 베이스(11)에 설치된 관계로 수지로부터 거리가 멀기 때문에 수지를 냉각하는데 많은 시간이 소요되었다. 따라서 전체 성형공정 시간이 지체되어 제품 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
한국등록특허공보 제1418473호(2014.07.04)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 몰드 베이스에 내장된 냉각라인에 더해 캐비티를 형성하는 코어 외측면에 밀접히 접하면서 급속 히팅 및 냉각이 가능한 히팅 플레이트를 구비함으로써 광학 렌즈의 성형 품질을 높이고 성형시간을 단축할 수 있도록 한 온도조절용 온도조절부재를 구비한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치는, 용융된 수지가 주입되어 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에 있어서, 서로 이격을 두고 대향하는 상태에서 적어도 하나가 가동되면서 서로 간의 이격을 변화시킬 수 있도록 하고, 제1냉각라인이 매설되어 있는 한 쌍의 몰드 베이스와; 상기 몰드 베이스의 내측에 설치되어 서로 대향하면서 용융된 수지가 주입되는 캐비티를 형성하는 한 쌍의 코어와; 상기 코어의 외측면을 접촉하여 감싸도록 설치되는 플레이트와, 상기 코어를 가열하기 위해 상기 플레이트에 매설된 가열라인과, 상기 코어를 냉각하기 위해 상기 플레이트에 매설된 제2냉각라인으로 이루어져 상기 코어를 가열 및 냉각할 수 있도록 한 한 쌍의 온도조절부재를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 플레이트에 매설된 가열라인과 제2냉각라인은 서로 교번하여 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가열라인은 전기저항 발열체이며, 상기 제2냉각라인은 저온의 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환관인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 사출용 수지가 상기 캐비티로 주입되기 전에 용융되도록 가열될 때 상기 가열라인을 가동하여 용융된 수지의 온도 인근까지 상승하도록 상기 코어를 가열하는 제1단계와; 용융된 수지가 상기 캐비티에 주입되어 성형될 때 용융된 수지가 주입 초기온도를 유지할 수 있도록 상기 가열라인을 지속적으로 가동하여 코어의 온도를 상승된 상태로 유지시키는 제2단계와; 상기 캐비티에서 성형이 완료되면 제1냉각라인으로 냉각수를 순환시키는 동시에 그와 별개로 상기 제2냉각라인으로도 냉각수를 순환시켜 상기 코어를 급속으로 냉각시키는 제3단계가 순차적으로 진행되어 수지에 대한 온도제어가 이루어지도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 코어의 온도를 측정하기 위한 다수의 온도센서가 설치되며, 종단면을 기준으로 서로 인근에 위치한 가열라인과 제2냉각라인이 지나가는 지점을 두 개의 꼭짓점으로 하고 상기 코어 쪽으로 치우쳐 있는 다른 한 꼭짓점을 연결하여 그려지는 가상의 정삼각형을 도시하였을 때 상기 가상의 정삼각형 중심점이 상기 온도센서의 설치위치인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 온도조절부재에는 상기 코어와 상기 플레이트를 외측에서 감싼 형태로 설치되는 보온재가 더 포함되며, 상기 보온재는, 상기 코어와 상기 플레이트의 외표면에 밀접하게 접촉하여 발열하면서 수지가 상기 캐비티로 주입되기 전에 용융되도록 가열될 때와 용융된 수지가 상기 캐비티에 주입되어 성형될 때 용융된 수지가 주입 초기온도를 유지할 수 있도록 상기 코어를 가열하는 가열라인을 보조하는 면상의 온도 자가조절(Self Regulation type)형 발열체와. 상기 온도 자가조절 발열체의 외측에 순차적으로 적층되어 열전도도 경사 구조를 형성하는 내측 단열재와, 외측 단열재로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 내측 단열재와 외측 단열재에는 흄드실리카와 유리섬유가 공통적으로 포함되며, 상기 내측 단열재에는 카본이 첨가되지 않도록 배제된 상태에서, 탄화규소(SiC)가 열반사 분말로서 첨가되고, 상기 외측 단열재에는 카본이 열반사 분말로서 첨가된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치는 몰드 베이스에 내장된 냉각라인에 더해 캐비티를 형성하는 코어에 보다 근접하여 급속 히팅 및 냉각이 가능하도록 한 온도조절부재를 구비함으로써 광학 렌즈의 성형 품질을 높이고 성형시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 다수의 온도센서들이 코어 표면 부근에 설치되어 수지 온도와 매우 유사한 정도로 온도제어가 가능하기 때문에 수지가 용융되어 캐비티에 주입될 때와 용융된 수지가 캐비티에서 성형될 때 수지가 응고되어 유동성이 떨어지지 않도록 최적의 온도제어가 가능하며, 이로써 고유동성, 고전사성 특성을 이용한 미세 패턴 정밀 사출성형이 가능하고 외관 표면에 결함이 발생되는 문제를 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 가열라인을 보조하여 급속 가열 및 온도조절에 용이하도록 한 면상의 자가 온도조절 발열체와, 탄화규소와 카본을 열반사 물질로서 효과적으로 배치한 단열재에 의해 전력소비를 줄이고 저렴한 비용의 운용이 가능하다.
도 1은 종래기술에 의한 광학 렌즈 제조용 금형장치를 설명하기 위한 단면도
도 2는 종래기술에 의한 광학 렌즈 제조용 금형장치의 온도변화를 설명하기 위한 그래프
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치의 구성을 설명하기 위한 단면도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에서 디지털 온도제어를 위한 구성을 설명하기 위한 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에서 보온재에 포함된 내측 단열재와 외측 단열재의 열전도도 경사 구조를 나타낸 온도선도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에서 온도센서의 위치 설정방법을 설명하기 위한 참조도
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치의 온도제어 방법을 설명하기 위한 그래프
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에서 디지털 온도제어를 위한 구성을 설명하기 위한 구성도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에서 보온재에 포함된 내측 단열재와 외측 단열재의 열전도도 경사 구조를 나타낸 온도선도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에서 온도센서의 위치 설정방법을 설명하기 위한 참조도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치의 온도제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 금형장치는 한 쌍의 몰드 베이스(110)와, 상기 몰드 베이스(110) 내에 캐비티(C)를 형성하는 코어(130)와, 상기 코어(130)를 지지하는 코어홀더(120)와, 용융된 수지를 실린더(140)를 통해 상기 캐비티(C)로 주입하는 이젝터(150)와, 제1냉각라인(160)을 비롯하여 상기 코어(130) 외측면에 밀접히 접하면서 코어(130)에 대한 급속 히팅 및 냉각이 가능하도록 한 온도조절부재(170)와 다수의 온도센서(180)들이 구비된다.
본 발명의 실시예에 의한 금형장치는 이같은 온도조절부재(170)에 의해 코어(130) 및 수지에 대한 급속 가열 및 냉각이 가능하여 광학 렌즈의 성형 품질을 높이고 성형시간을 단축할 수 있게 된다.
이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 금형장치에 대해 상세히 설명한다.
상기 몰드 베이스(110)는 금형장치의 외측 케이싱 역할을 하는 것으로 수지가 성형될 공간인 캐비티(C) 형성을 위해 서로 이격을 두고 대향하는 한 쌍으로 구비되어 그 중 하나는 고정되고 다른 하나는 가동되어 서로 간의 이격을 조절한다. 상기 몰드 베이스(110)의 내부에는 종래와 마찬가지로 3~4℃의 수준의 냉각수가 순환하는 제1냉각라인(160)이 설치되어 온도조절 기능을 수행하도록 한다.
상기 코어홀더(120)는 상기 몰드 베이스(110)의 내측에 설치되어 서로 대향하는 한 쌍으로 구비되며 캐비티(C)를 형성하는 한 쌍의 코어(130)를 지지한다.
상기 코어(130)는 상기 몰드 베이스(110)의 내측에 위치한 코어홀더(120)에 지지된 상태로 설치되어 서로 대향하면서 용융된 수지가 주입되어 성형되는 공간인 캐비티(C)를 형성한다. 이같은 코어(130)는 본 발명에서 상기 온도조절부재(170)에 의해 가열되거나 냉각되어 수지에 대하여 열을 전달하거나 빼앗는 매개체로서의 역할을 하게 된다.
상기 온도조절부재(170)는 광학 렌즈의 성형 품질을 높이고 성형시간을 단축하기 위해 코어(130)를 대상으로 가열 및 냉각하는 역할을 한다. 상기 온도조절부재(170)는 코어(130)의 외측면에 직접 접촉하여 감싸는 형태로 설치되어 상기 코어(130)를 가열하고 냉각하는데, 이는 상기 코어(130)가 용융된 수지와 성형 중 직접적으로 접촉하고 있으므로 수지에 대하여 열을 전달하거나 빼앗을 수 있는 매개체로서 적합하기 때문이다.
이같은 온도조절부재(170)는 상기 코어(130)의 외측면을 밀접하게 접촉하여 감싸도록 설치된 플레이트(171)와, 상기 코어(130)를 가열하기 위해 상기 플레이트(171)에 매설된 가열라인(172)과, 상기 코어(130)를 냉각하기 위해 상기 플레이트(171)에 매설된 제2냉각라인(173)으로 이루어진다.
여기서 상기 플레이트(171)는 열전달 효율이 높은 구리를 소재로 구성되는 것이 적당하며 그 형태는 상기 코어(130)의 외측면에 대응하여 평면 또는 곡면으로 형성될 수 있다. 또한 상기 가열라인(172)과 제2냉각라인(173)은 도 3에 도시된 것처럼 서로 일정 간격을 두고 교번하여 설치되어 상기 플레이트(171)를 전체적으로 균일하게 가열하거나 냉각할 수 있도록 한다. 상기 가열라인(172)은 전기저항 발열체(174a)이며, 상기 제2냉각라인(173)은 저온(3~4℃)의 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환관으로 구비되다.
또한, 상기 제2냉각라인(173)은 상기 가열라인(172)과 상호작용을 통해 상기 코어(130)에 대한 미세 온도조절까지 가능하도록 해야 하기 때문에 상기 몰드 베이스(110)에 매설된 제1냉각라인(160)과는 독립적인 순환시스템을 구축하여 냉각수를 순환시키도록 구성된다. 이와 관련하여 상기 제1냉각라인(160)과 제2냉각라인(173)은 각각 제어기에 의해 별도로 제어되면서 냉각수를 독립적으로 공급하는 제1냉각기와 제2냉각기와 연결되어 있다.
이같은 온도조절부재(170)의 경우 상기 코어(130)의 외측을 직접 접촉하여 감싸도록 설치된 구성에 주목할 수 있다.이는 상기 코어(130)의 경우 용융된 수지와 성형 중 직접적으로 접촉하고 있으므로 수지에 대하여 가장 신속하게 열을 전달하거나 빼앗을 수 있는 매개체로서 적당하기 때문이다.
한편 상기 온도조절부재(170)에는 상기 코어(130)와 플레이트(171)를 외측에서 감싼 형태로 설치되는 보온재(174)가 더 포함되는데, 상기 보온재(174)는 1차적으로는 외부와의 열교환을 차단하여 상기 가열라인(172)과 제2냉각라인(173)에 의한 급속 가열 및 냉각 효과를 높이고, 2차적으로는 상기 코어(130)에 대한 초기 가열시 상기 가열라인(172)을 보조하여 가열 성능을 향상시키는 역할을 한다.
이를 위해 상기 보온재(174)는 상기 코어(130)와 플레이트(171)의 외표면에 밀접하게 접촉하는 면상의 온도 자가조절형(Self Regulation type) 발열체(174a)(이하 SR 발열체(174a)라 함)와, 상기 온도 자가조절 발열체(174a)의 외측에 순차적으로 적층되어 열전도도 경사 구조를 형성하는 내측 단열재(174b) 및 외측 단열재(174c)로 이루어진다.
상기 SR 발열체(174a)는 도 7에 도시된 것처럼 상기 캐비티(C)에 수지를 주입하기 직전 초기 가열시와 상기 캐비티(C)에 용융된 수지를 주입하여 성형하는 동안에 코어(130)를 원활하게 가열할 수 있도록 가열라인(172)을 보조하는 역할을 한다. 이같은 SR 발열체(174a)의 경우 특정한 온도 영역에서 정확한 온도조절이 가능하고 시간에 따른 전력 및 온도의 자기제어가 가능하여 일정한 비등점 온도까지 상승한 이후에는 최소한의 전력 공급을 유지하기 때문에 전력 소비량을 대폭 절감할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 이같은 SR 발열체(174a)가 상기 보온재(174)에 포함되어 가열라인(172)을 보조하도록 한 구성에 의하면 상기 가열라인(172)의 부하를 줄여주고 더 적은 전력만을 소비하여 코어(130)를 가열하고 온도를 유지할 수 있게 된다. 참고로 이같은 SR 발열체(174a)와 관련된 구체적인 내용은 한국공개특허 2012-0119080, 2012-0121035 등을 통해 이미 널리 공지가 된 상태이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 내측 단열재(174b)와 외측 단열재(174c)에는 흄드실리카와 유리섬유가 공통적으로 포함되지만, 상기 내측 단열재(174b)에는 카본이 첨가되지 않도록 배제된 상태에서, 탄화규소(SiC)가 열반사 분말로서 첨가되는 반면, 상기 외측 단열재(174c)에는 카본이 열반사 분말로서 전량 첨가되어 도 5에 도시된 것처럼 열전도도 경사 구조를 형성하게 된다. 이처럼 열전도도 경사 구조를 갖는 내측 단열재(174b)와 외측 단열재(174c)의 복합 구성은 열원측인 SR 발열체(174a)가 300℃ 이상인 고온의 환경에서 저비용으로 단열성을 극대화할 수 있도록 한 것으로 SR 발열체(174a)와 접촉하는 내측 단열재(174b)에는 열반사 분말로서 탄화규소가 사용된 반면, 외측 단열재(174c)에서는 고가인 탄화규소(SiC) 대신 저가이면서 탄화규소보다 2배 이상 열반사도를 갖는 카본을 열반사 분말로서 전량 첨가한 것이다.
여기서 주목할 점은 탄화규소의 경우 300℃ 이상의 고온에서도 산화 등의 문제없이 사용 가능한 우수한 소재이지만 카본의 경우에는 탄화규소의 열반사도를 2배 이상 능가하는 뛰어난 소재임에도 불구하고 300℃ 이상에서는 산화될 가능성이 크기 때문에 사용상의 제약이 크다는 점이다. 위 구성에서는 카본의 특성을 신중히 고려하여 SR 발열체(174a)의 온도가 300℃가 넘어가는 경우를 대비하여 카본의 사용을 포기하는 것이 아니라 문제를 최소화하면서 적극적으로 활용할 수 있는 방안을 강구한 것이라 할 수 있다. 이같은 내측 단열재(174b) 및 외측 단열재(174c)의 조합을 통해 제조비용은 대폭 절감하면서도 동일한 단열성 대비 보다 얇은 두께의 단열층을 구현할 수 있게 된다.
이같은 내측 단열재(174b)와 외측 단열재(174c)의 경우, 흄드실리카 60 내지 90 중량%, 유리섬유 2 내지 20 중량%로 동일하게 유지하고, 카본과 탄화규소를 선택적으로 8 내지 20 중량%를 포함하여 이루어진다.
여기서 내측 단열재(174b)와 외측 단열재(174c)에 가장 많은 함량으로 포함된 흄드실리카는 통상 7~40nm의 직경을 기본입자의 평균직경으로 하며 그 자체만으로도 다공성이므로 열전도도 값이 실온에서 0.018 W/mK 이며, 진공 환경에서는 0.0020 W/mK 정도로 뛰어난 단열성능을 가지고 있다. 또한 흄드실리카는 미세 구형입자가 긴 체인 혹은 포도송이 형태를 이루고 있어 열전도를 최소화하고, 공기 분자의 평균 자유 행정보다 작은 구조의 공간으로 대류를 차단하며, 산화광물의 불투명화제 역할로 복사열까지 차단할 수 있다. 단열성능을 좌우하는 중추적인 역할을 수행한다고 할 수 있다.
한편, 상기 흄드실리카와 더불어 공통적으로 포함된 유리섬유는 분말 형태의 다른 소재들을 지지하는 지지체의 역할을 하면서도 우수한 단열성 소재로도 잘 알려져 있다. 하지만 유리섬유의 경우 600℃에서는 상변화가 일어날 가능성이 높으므로 부적합하지만 본 발명의 실시예에 의한 금형장치의 환경에서 사용하기에는 적합한 소재라 할 수 있다.
이같은 구성을 갖는 내측 단열재(174b)와 외측 단열재(174c)의 단열층은 도 5에 도시된 온도곡선을 통해 볼 수 있는 것처럼 내측 단열재(174b)에서 외측 단열재(174c)에 이르기까지 급격하게 온도를 떨어뜨리는 매우 효율적인 열 경사구조를 형성하게 되는 것이다. 그리고 이같은 열 경사구조는 내측 단열재(174b)에서 외측 단열재(174c)로 가면서 탄화규소와 더불어 사용된 카본의 영향이 크게 작용하는 것이라 할 수 있다.
상기 온도센서(180)는 코어(130)의 온도를 측정하기 위하여 다수 설치되는데, 그 설치위치를 살펴보면 도 6에 도시된 것처럼 종단면을 기준으로 서로 인근에 위치한 가열라인(172)과 제2냉각라인(173)이 지나가는 지점을 두 개의 꼭짓점(P1,P2)으로 하고 상기 코어(130) 쪽으로 치우쳐 있는 다른 한 꼭짓점(P3)을 연결하여 그려지는 가상의 정삼각형을 도시하였을 때 상기 가상의 정삼각형 중심점이 상기 온도센서(180)의 설치위치가 된다. 이같은 방식으로 온도센서(180)의 설치 위치를 정하게 되면 플레이트(171)와 코어(130)의 경계선으로부터 코어(130) 쪽으로 약간 치우진 지점인 코어(130)의 외측 표면 부근에 해당하며 가열라인(172)과 제2냉각라인(173)이로부터 균등 거리에 위치하기 때문에 어느 한 편에 치우치지 않고 코어(130) 표면에 대한 정확한 온도 측정이 가능해진다. 이처럼 온도센서(180)에 의한 온도 측정 위치는 수지와 접촉하는 코어(130) 표면에서 이루어지는 것이 적합하며 이로써 코어(130) 표면의 온도를 수지 온도와 매우 유사한 수준에서 제어가 가능해진다.
전술된 본 발명의 실시예에 의한 금형장치에서는 도 4에 도시된 구성도와 같이 다수의 온도센서(180)에서 측정한 코어(130)의 실시간 온도에 근거하여 제어기가 중앙에서 제1냉각기, 제2냉각기 및 히터를 제어하여 제1냉각라인(160) 및 제2냉각라인(173), 가열라인(172)을 가동시키는 방식으로 온도제어를 실시한다.
이같은 온도제어는 도 7에 도시된 것처럼 제1단계에서는 사출용 수지가 상기 캐비티(C)로 주입되기 전에 용융되도록 가열될 때 상기 가열라인(172)을 가동하여 용융된 수지의 온도 인근까지 상승하도록 상기 코어(130)를 가열한다. 이때 보온재(174)의 SR 발열체(174a)도 상기 가열라인(172)을 보조하여 발열하도록 하면 더욱 급속한 가열이 이루어진다.
이후, 제2단계에서는 용융된 수지가 상기 캐비티(C)에 주입되어 성형될 때 용융수지가 주입 초기의 온도를 유지할 수 있도록 상기 가열라인(172)을 지속적으로 가동하여 코어(130)의 온도를 상승한 상태로 유지시킨다. 이때 보온재(174)의 SR 발열체(174a)도 상기 가열라인(172)을 보조하여 발열하도록 하면 가열라인(172)의 부하를 줄여주며 전기소비량도 절감할 수 있게 된다.
이후, 제3단계에서는 상기 캐비티(C)에서 성형이 완료된 후 가열라인(172) 및 SR 발열체(174a)의 가동을 중지시키고, 제1냉각라인(160)으로 냉각수를 순환시키는 동시에 그와 별개로 상기 제2냉각라인(173)으로도 냉각수를 순환시켜 상기 코어(130)를 급속으로 냉각시킨다.
이처럼 본 발명의 실시예에 의한 금형장치는 수지가 용융되어 캐비티(C)에 주입될 때와 용융된 수지가 캐비티(C)에서 성형될 때 수지가 응고되어 유동성이 떨어지지 않도록 최적의 온도제어가 가능하여 고유동성, 고전사성 특성을 이용한 미세 패턴 정밀 사출성형이 가능하고 외관 표면에 결함이 발생되는 문제를 최소화시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110 : 몰드 베이스 120 : 코어홀더
130 : 코어 140 : 실린더
150 : 이젝터 160 : 제1냉각라인
170 : 온도조절부재 180 : 온도센서

Claims (7)

  1. 용융된 수지가 주입되어 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치에 있어서,
    서로 이격을 두고 대향하는 상태에서 적어도 하나가 가동되면서 서로 간의 이격을 변화시킬 수 있도록 하고, 제1냉각라인이 매설되어 있는 한 쌍의 몰드 베이스; 상기 몰드 베이스의 내측에 설치되어 서로 대향하면서 용융된 수지가 주입되는 캐비티를 형성하는 한 쌍의 코어; 상기 코어의 외측면을 접촉하여 감싸도록 설치되는 플레이트와, 상기 코어를 가열하기 위해 상기 플레이트에 매설된 가열라인과, 상기 코어를 냉각하기 위해 상기 플레이트에 매설된 제2냉각라인으로 이루어져 상기 코어를 가열 및 냉각할 수 있도록 한 한 쌍의 온도조절부재;를 포함하며,
    상기 온도조절부재에는 상기 코어와 상기 플레이트를 외측에서 감싼 형태로 설치되는 보온재가 더 포함되며, 상기 보온재는, 상기 코어와 상기 플레이트의 외표면에 밀접하게 접촉하여 발열하면서 수지가 상기 캐비티로 주입되기 전에 용융되도록 가열될 때와 용융된 수지가 상기 캐비티에 주입되어 성형될 때 용융된 수지가 주입 초기온도를 유지할 수 있도록 상기 코어를 가열하는 가열라인을 보조하는 면상의 온도 자가조절(Self Regulation type)형 발열체와. 상기 온도 자가조절형 발열체의 외측에 순차적으로 적층되어 열전도도 경사 구조를 형성하는 내측 단열재와, 외측 단열재로 이루어지며,
    상기 내측 단열재와 외측 단열재에는 흄드실리카와 유리섬유가 공통적으로 포함되며, 상기 내측 단열재에는 카본이 첨가되지 않도록 배제된 상태에서, 탄화규소(SiC)가 열반사 분말로서 첨가되고, 상기 외측 단열재에는 카본이 열반사 분말로서 첨가된 것을 특징으로 하는 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트에 매설된 가열라인과 제2냉각라인은 서로 교번하여 설치된 것을 특징으로 하는 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가열라인은 전기저항 발열체이며, 상기 제2냉각라인은 저온의 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환관인 것을 특징으로 하는 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치.
  4. 제3항에 있어서,
    사출용 수지가 상기 캐비티로 주입되기 전에 용융되도록 가열될 때 상기 가열라인을 가동하여 용융된 수지의 온도 인근까지 상승하도록 상기 코어를 가열하는 제1단계와;
    용융된 수지가 상기 캐비티에 주입되어 성형될 때 용융된 수지가 주입 초기온도를 유지할 수 있도록 상기 가열라인을 지속적으로 가동하여 코어의 온도를 상승된 상태로 유지시키는 제2단계와;
    상기 캐비티에서 성형이 완료되면 제1냉각라인으로 냉각수를 순환시키는 동시에 그와 별개로 상기 제2냉각라인으로도 냉각수를 순환시켜 상기 코어를 급속으로 냉각시키는 제3단계가 순차적으로 진행되어 수지에 대한 온도제어가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어의 온도를 측정하기 위한 다수의 온도센서가 설치되며, 종단면을 기준으로 서로 인근에 위치한 가열라인과 제2냉각라인이 지나가는 지점을 두 개의 꼭짓점으로 하고 상기 코어 쪽으로 치우쳐 있는 다른 한 꼭짓점을 연결하여 그려지는 가상의 정삼각형을 도시하였을 때 상기 가상의 정삼각형 중심점이 상기 온도센서의 설치위치인 것을 특징으로 하는 플라스틱 광학 렌즈 제조용 금형장치.
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