KR102274042B1 - 렌즈 성형 금형의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈 성형 금형의 제조 방법에 관한 것으로서, 중심축을 따라 제1 고정홀이 형성된 금형을 황삭(Roughing) 및 정삭(Finishing)하여 렌즈를 사출 성형하기 위한 제1 내지 제N 성형홀을 형성하는 단계로서, 제1 고정홀의 중심 및 각 성형홀의 중심은 미리 정의된 이격 거리를 갖는, 단계(N은 3 이상의 자연수), 제2 고정홀을 통해 공작기계의 워크 스핀들(Work Spindle)에 장착된 폴리싱 지그(Polishing Jig)가, 금형에 형성된 제1 내지 제M 성형홀 및 M개의 결합 로드를 통해 금형과 결합된 상태에서, 금형에 형성된 제N 성형홀의 내주면의 폴리싱을 위한 폴리싱 휠(Polishing Wheel)을 제N 성형홀에 삽입하는 단계(M은 N-1), 및 공작기계의 워크 스핀들을 미리 정의된 회전속도 프로파일에 따라 회전시켜 제N 성형홀의 내주면의 폴리싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

렌즈 성형 금형의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF MOLD FOR FORMING LENS}

본 발명은 렌즈 성형 금형의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 렌즈의 사출 성형 시 이용되는 하부 금형을 제조하는, 렌즈 성형 금형의 제조 방법에 관한 것이다.

렌즈는 빛에 대한 집광 및 산란을 위한 도구로서, 유리 소재 또는 플라스틱소재로 제조되며, 디지털 카메라, CCD 카메라 및 모바일폰 카메라와 같은 카메라 장치에 적용될 뿐만 아니라, 광통신에 적용되는 마이크로 렌즈로 구현되는 등 광범위한 산업 분야에 적용되고 있다.

현재의 렌즈 성형 기술은 정밀한 연마 방식을 이용하거나, 정밀한 금형을 제조한 후 압축 성형 및 사출 성형 등의 다양한 성형방법을 적용하여 원하는 형태의 구면 또는 메니스커스 비구면 렌즈를 구현하는 방식에 기초하고 있다.

압축 성형의 경우, 렌즈 성형 대상물을 금형에 투입한 후, 상부 코어와 하부 금형의 형합 시 상부 코어와 하부 금형의 홀(Hole)에 의해 형성되는 캐비티(Cavity)의 형상에 대응되는 형상으로 렌즈 성형 대상물이 가공된다. 또한, 렌즈의 생산성을 높이기 위해 하나의 하부 금형에 복수의 홀을 형성시킴으로써 1회의 성형으로 복수의 렌즈를 제작하는 방식이 사용되고 있다.

한편, 렌즈의 형상 및 두께는 하부 금형에 형성된 홀의 내경에 종속적으로 결정되는 점에서, 목표하는 렌즈의 형상 및 두께를 확보하기 위해서는 하부 금형 상의 홀의 내경을 원하는 치수로 성형하는 것이 필수적으로 선결되어야 한다. 그러나, 현재 하부 금형의 제조 시 황삭, 정삭 및 폴리싱 과정에서 발생하는 연마열에 의한 열변형 등의 요인에 의해 하부 금형의 홀의 내경의 정밀도가 저하되는 문제점이 있으며, 이에 따라 복수의 홀을 갖는 하부 금형의 경우 각 홀의 내경 간 편차가 발생하여 결과적으로 목표하는 렌즈의 형상 및 두께를 확보하는데 곤란함과 동시에, 성형된 렌즈 간의 형상 및 두께 간의 편차도 야기되는 문제점이 존재한다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0095694호(2019.08.16. 공개)에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 렌즈 성형을 위한 하부 금형에 형성되는 홀의 내경을 보다 정밀하게 성형하고, 복수의 홀을 갖는 하부 금형의 경우 각 홀의 내경 간의 편차를 제거할 수 있는 렌즈 성형 금형의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법은 중심축을 따라 제1 고정홀이 형성된 금형을 황삭(Roughing) 및 정삭(Finishing)하여 렌즈를 사출 성형하기 위한 제1 내지 제N 성형홀을 형성하는 단계로서, 상기 제1 고정홀의 중심 및 상기 각 성형홀의 중심은 미리 정의된 이격 거리를 갖는, 단계(N은 3 이상의 자연수); 제2 고정홀을 통해 공작기계의 워크 스핀들(Work Spindle)에 장착된 폴리싱 지그(Polishing Jig)가, 상기 금형에 형성된 제1 내지 제M 성형홀 및 M개의 결합 로드를 통해 상기 금형과 결합된 상태에서, 상기 금형에 형성된 제N 성형홀의 내주면의 폴리싱을 위한 폴리싱 휠(Polishing Wheel)을 상기 제N 성형홀에 삽입하는 단계(M은 N-1); 및 상기 공작기계의 워크 스핀들을 미리 정의된 회전속도 프로파일에 따라 회전시켜 상기 제N 성형홀의 내주면의 폴리싱을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제1 내지 제N 성형홀은, 상기 제1 고정홀을 중심으로 상기 금형 상에서 방사상 등간격을 갖도록 형성되고, 상기 폴리싱 지그에는, 상기 제2 고정홀을 중심으로 방사상 등간격을 갖는 제1 내지 제K 지그홀(Jig Hole)이 형성되되(K는 i*N, i는 2 이상의 자연수), 상기 제2 고정홀의 중심 및 상기 각 지그홀의 중심은 상기 이격 거리를 가지고, 상기 금형 및 상기 폴리싱 지그는, 상기 공작기계의 워크 스핀들 상의 고정구가 상기 제1 및 제2 고정홀을 관통한 상태로서 상기 금형의 제1 내지 제M 성형홀과 상기 폴리싱 지그의 제1 내지 제M 지그홀이 각각 동축상에서 정렬된 상태에서, 상기 M개의 결합 로드가 상기 제1 내지 제M 성형홀 및 상기 제1 내지 제M 지그홀에 관통 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제2 고정홀은, 상기 폴리싱 지그의 중심축으로부터 미리 정의된 편향 거리만큼 이격된 위치에 형성되고, 상기 금형 및 상기 폴리싱 지그가 결합된 상태에서 상기 금형의 제N 성형홀과 동축상에서 정렬되는 상기 폴리싱 지그의 지그홀이 제K 지그홀로 정의될 때, 상기 제K 지그홀의 중심은 상기 폴리싱 지그의 중심축상에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 형성하는 단계를 통해 형성된 상기 금형의 각 성형홀과 상기 폴리싱 지그의 제K 지그홀은 제1 내경을 가지고, 상기 제K 지그홀 이외의 상기 폴리싱 지그의 각 지그홀은 상기 제1 내경보다 작은 제2 내경을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 결합 로드에는, 그 길이 방향으로 상기 제1 내경과 상기 제2 내경의 차이에 해당하는 단차가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 회전속도 프로파일은, 상기 폴리싱 휠에 의한 폴리싱 작업에 따라 기 획득된 성형홀 내주면 표면 조도(Surface Roughness)에 기초하여 정의된 회전속도 상한치 이하의 범위로 미리 정의되고, 상기 폴리싱을 수행하는 단계에서, 상기 공작기계의 워크 스핀들을 상기 회전속도 상한치 이하의 범위의 회전속도로 회전시켜 상기 제N 성형홀의 내주면의 폴리싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 회전속도 상한치는, 금형의 제1 고정홀의 중심 및 각 성형홀의 중심 간의 이격 거리별로 복수 개 정의되고, 상기 폴리싱을 수행하는 단계에서, 현재 폴리싱 대상이 되는 금형에 대한 상기 이격 거리에 대응하는 회전속도 상한치 이하의 회전속도로 상기 공작기계의 워크 스핀들을 회전시켜 폴리싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 폴리싱 휠은 다이아몬드 휠(Diamond Wheel)로 구현되고, 상기 폴리싱 지그 및 상기 결합 로드는 초경 합금 또는 텅스텐 카바이드(Tungsten Carbide)의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 하부 금형의 성형홀 폴리싱 작업 시, 복수의 지그홀이 그 중심으로부터 편향된 위치에 형성된 폴리싱 지그를 사용하는 방식과, 공작기계의 워크 스핀들을 성형홀 내주면 표면 조도에 따른 회전속도 프로파일에 따라 회전시켜 폴리싱 작업을 수행하는 방식을 통해, 폴리싱 작업 시 회전하는 하부 금형의 질량 편심(Mass Eccentric)을 최소화하여 성형홀의 내경을 보다 정밀하게 성형함과 동시에 복수의 홀을 갖는 하부 금형의 경우 각 홀의 내경 간의 편차를 제거할 수 있으며, 폴리싱 지그와 결합 로드를 경도가 높은 초경 합금 또는 텅스텐 카바이드의 재질로 구현하여 폴리싱 과정에서 발생하는 연마열에 의한 하부 금형의 열변형을 제거함으로써 성형홀의 내경을 보다 정밀하게 성형할 수 있다.

도 1은 렌즈 성형을 위한 상부 코어 및 하부 금형의 예시를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법에서 황삭 및 정삭을 통해 성형홀이 형성된 금형과 폴리싱 지그를 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법에서 공작기계, 폴리싱 지그 및 금형의 결합 관계를 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 관리자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 일반적인 렌즈 성형을 위한 상부 코어(1) 및 하부 금형(100)의 예시를 보이고 있다. 도 1에 도시된 것과 같이 하나 이상의 성형홀(120)이 형성된 하부 금형(100)이 지지 플레이트(3) 상에 위치된 상태에서, 렌즈 성형 대상물(2)(예: 유리곱)이 하부 금형(100)의 성형홀(120)에 투입되고 상부 코어(1)가 하부 금형(100)의 성형홀(120)에 형합된 후 고온 상태로 유지된다. 이에 따라, 상부 코어(1)와 하부 금형(100)의 성형홀(120)에 의해 형성되는 캐비티의 형상에 대응되는 형상으로 렌즈 성형 대상물(2)이 가공되어 렌즈가 제조된다. 본 실시예는 전술한 렌즈 성형 금형 중 하부 금형(100)의 성형홀(120)을 보다 정밀하게 성형하는 방안을 제시하며, 이하에서 표기하는 금형(100)이라 함은 하부 금형(100)을 의미하는 것으로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법에서 황삭 및 정삭을 통해 성형홀이 형성된 금형과 폴리싱 지그를 보인 예시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법에서 공작기계, 폴리싱 지그 및 금형의 결합 관계를 보인 예시도이다. 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 렌즈 성형 금형의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 중심축을 따라 제1 고정홀(110)이 형성된 예비 금형이 마련된다(S100)(예비 금형은 후술하는 성형홀(120)이 형성되기 전 상태의 금형에 해당한다). 제1 고정홀(110)은, 렌즈의 성형 시에는 지지 플레이트(3)에 금형(100)을 안착시켜 고정시키는 구조로 기능하며, 정삭 및 폴리싱 작업 시에는 공작기계(400)의 워크 스핀들(410)에 금형(100)을 고정시키는 구조로서 기능한다. 도 3 및 도 5는 제1 고정홀(110)이 원형의 중공 구조로 형성된 예시를 도시하고 있으나, 금형(100)이 지지 플레이트(3)에 안착 고정된 상태(렌즈 성형 시), 또는 공작기계(400)의 워크 스핀들(410)에 고정된 상태에서 지지 플레이트(3) 또는 워크 스핀들(410)에 대한 금형(100)의 상대적 회전을 방지하기 위해, 제1 고정홀(110)은 활꼴 형상의 단면적을 갖는 구조로 구성될 수 있다.

S100 단계 이후, 예비 금형을 황삭(Roughing) 및 정삭(Finishing)하여 렌즈를 사출 성형하기 위한 제1 내지 제N 성형홀(120)을 형성한다(S200). 본 실시예에서는 렌즈의 생산성을 확보하기 위해 3개 이상의 성형홀(120)을 갖는 금형(100)을 제조하는 방법에 포커싱하며, 이에 따라 상기의 N은 3 이상의 자연수에 해당할 수 있다. S200 단계에서, EDM 머시닝 기계를 이용한 와이어 커팅 방식으로 예비 금형을 황삭하여 1차 성형홀을 형성하고, 정밀공작기계(예: DTM(Diamond Turning Machine)를 이용한 연삭 방식으로 1차 성형홀을 정삭함으로써 제1 내지 제N 성형홀(120)이 형성된다. S200 단계에서 제1 내지 제N 성형홀(120)은 제1 고정홀(110)을 중심으로 금형(100) 상에서 방사상 등간격을 갖도록, 그리고 제1 고정홀(110)의 중심 및 각 성형홀(120)의 중심이 미리 정의된 이격 거리(D1, D2)를 갖도록 형성된다. 상기와 같은 제1 내지 제N 성형홀(120)의 형성 구조는 후술하는 폴리싱 과정에서 야기될 수 있는 각 성형홀(120)의 내경 간 편차가 제거되도록 하는 구조로서 기능한다. 도 3 및 도 5는 각각 N이 3 및 4로 정의됨에 따라, 금형(100)에 각각 3개의 성형홀(121-123) 및 4개의 성형홀(121-124)이 형성된 예시를 보이고 있다. 한편, 렌즈의 성형 시 상부 코어(1)가 렌즈 성형 대상물(2)의 상부를 가압함에 따라 발생되는 가스를 외부로 배출시키기 위한 가스 배출공(130)이 연삭기계(예: 슈퍼 드릴)를 통해 금형(100) 외부에 형성되는 공정이 S200 단계에서 이루어질 수도 있다.

S200 단계 이후, 제2 고정홀(210)을 통해 공작기계(400)의 워크 스핀들(410)(Work Spindle)에 장착된 폴리싱 지그(200)(Polishing Jig)가, 금형(100)에 형성된 제1 내지 제M 성형홀(120) 및 M개의 결합 로드(300)를 통해 금형(100)과 결합된 상태에서(M은 N-1), 금형(100)에 형성된 제N 성형홀의 내주면의 폴리싱을 위한 폴리싱 휠(420)(Polishing Wheel)을 제N 성형홀에 삽입한다(S300). 본 실시예에서는 현재 폴리싱 대상이 되는 성형홀을 제N 성형홀로 정의하며, 제N 성형홀에 대한 폴리싱이 수행될 때, 제N 성형홀을 제외한 나머지 성형홀, 즉 제1 내지 제M 성형홀은 결합 로드(300)를 기반으로 금형(100)을 폴리싱 지그(200)와 결합시키기 위한 수단으로서 기능한다. 한편, 공작기계(400)는 정밀공작기계로서 DTM에 해당할 수 있으며, 이에 따라 상기의 폴리싱 휠(420)은 다이아몬드 휠(Diamond Wheel)로 구현될 수 있다.

S300 단계에 대한 구체적인 설명에 앞서 폴리싱 지그(200)의 구조에 대하여 도 4 및 도 6을 참조하여 설명하면, 폴리싱 지그(200)에는 제2 고정홀(210)이 형성되며, 금형(100)의 제1 고정홀(110) 및 폴리싱 지그(200)의 제2 고정홀(210)은 상호 위치 맞춤된 상태에서 공작기계(400)의 워크 스핀들(410) 상의 고정구(411)가 제1 및 제2 고정홀(110, 210)을 관통함으로써, 폴리싱 지그(200) 및 금형(100)이 워크 스핀들(410)에 거치되게 된다. 또한, 도 4 및 도 6에 도시된 것과 같이 폴리싱 지그(200)에는 제2 고정홀(210)을 중심으로 방사상 등간격을 갖는 제1 내지 제K 지그홀(Jig Hole)(220: 221-226(도 4), 221-228(도 6))이 형성된다. 폴리싱 지그(200)에 형성되는 지그홀의 수(K)는 금형(100)에 형성되는 성형홀의 수(N)의 배수로 설계될 수 있다(즉, K는 i*N, i는 2 이상의 자연수). 도 3 및 도 5에 도시된 각각 3개의 성형홀(121-123) 및 4개의 성형홀(121-124)을 갖는 금형(100)의 예시에 대응하여, 도 4 및 도 6은 지그홀의 수(K)가 성형홀의 수(N)의 2배로서(즉, i=2) 각각 6개의 지그홀(221-226) 및 8개의 지그홀(221-228)을 갖는 폴리싱 지그(200)의 예시를 보이고 있다. 폴리싱 지그(200) 상의 제2 고정홀(210)의 중심 및 각 지그홀(220)의 중심은 미리 정의된 이격 거리(D1, D2)를 가지며, 위 이격 거리는, 전술한 금형(100) 상의 제1 고정홀(110)의 중심 및 각 성형홀(120)의 중심 간의 이격 거리와 동일하게 설계된다.

또한, 도 4 및 도 6에 도시된 것과 같이 제2 고정홀(210)은 폴리싱 지그(200)의 중심축으로부터 미리 정의된 편향 거리만큼 이격된 위치에 형성된다. 여기서, 금형(100) 및 폴리싱 지그(200)가 결합된 상태에서 폴리싱 대상이 되는 성형홀인 제N 성형홀과 동축상에서 정렬되는 폴리싱 지그(200)의 지그홀을 제K 지그홀로 정의할 때, 제K 지그홀의 중심은 폴리싱 지그(200)의 중심축 상에 위치하도록 설계된다. 이에 따라, 도 4 및 도 6에 도시된 것과 같이 제K 지그홀을 제외한 나머지 지그홀은 폴리싱 지그(200)의 중심축 상에서 편향된 위치에 형성된다. 금형(100)의 제1 내지 제N 성형홀(120)과 제K 지그홀은 전술한 폴리싱 휠(420)을 수용하기 위한 제1 내경을 가지며(폴리싱 휠(420)의 직경과 제1 내경은 동일할 수 있다), 제K 지그홀 이외의 폴리싱 지그(200)의 각 지그홀은 폴리싱 휠(420)이 수용되는 것이 아닌 금형(100)을 폴리싱 지그(200)에 결합시키기 구조로서 기능하는 점에서, 제K 지그홀과의 구분을 위해 제1 내경과 상이한 제2 내경을 가질 수 있다. 이 경우, 공작기계(400)의 워크 스핀들(410)에는 폴리싱 지그(200) - 금형(100) 순으로 결합됨에 따라, 결합 로드(300)가 금형(100) 측으로부터 폴리싱 지그(200) 방향으로 삽입되어 금형(100)과 폴리싱 지그(200)를 결합시키는 점에서, 결합 로드(300)의 용이한 삽입을 위해 제2 내경은 제1 내경보다 작게 설계될 수 있다. 이에 따라, 결합 로드(300)에는 도 7에 도시된 것과 같이 그 길이 방향으로 제1 내경과 제2 내경의 차이에 해당하는 단차가 형성될 수 있다.

상기의 구조를 기반으로, 금형(100) 및 폴리싱 지그(200)는, 공작기계(400)의 워크 스핀들(410) 상의 고정구(411)가 제1 및 제2 고정홀(110, 210)을 관통한 상태로서 금형(100)의 제1 내지 제M 성형홀과 폴리싱 지그(200)의 제1 내지 제M 지그홀이 각각 동축상에서 정렬된 상태에서, M개의 결합 로드(300)가 제1 내지 제M 성형홀 및 제1 내지 제M 지그홀에 관통 삽입되어 결합된다.

도 3, 도 5 및 도 7을 참조하여 구체적인 예시로서 설명하면, 도 3, 도 5 및 도 7은 N이 3, K가 6, M이 2로 설계된 예시를 보이고 있다. 즉, 금형(100)에는 제1 내지 제3 성형홀(121-123)이 형성되고, 폴리싱 지그(200)에는 제1 내지 제6 지그홀(221-226)이 형성된다. 폴리싱 대상이 되는 성형홀은 제3 성형홀(123)에 해당하고, 제3 성형홀(123)과 제6 지그홀(226)이 동축상에서 정렬되며, 제1 및 제2 성형홀(121, 122)과 제1 및 제2 지그홀(221, 222)이 각각 동축상에서 정렬된다. 제1 내지 제3 성형홀(121-123)과 제6 지그홀(226)은 제1 내경을 가지며, 제1 내지 제5 지그홀(221-225)은 제2 내경을 갖는다. 공작기계(400)의 워크 스핀들(410) 상의 고정구(411)가 제1 및 제2 고정홀(110, 210)을 관통하여 폴리싱 지그(200) 및 금형(100)이 워크 스핀들(410)에 1차적으로 거치되고, 두 개의 결합 로드(300)가 제1 성형홀(121)과 제1 지그홀(221), 그리고 제2 성형홀(122)과 제2 지그홀(222)을 각각 관통하여 폴리싱 지그(200) 및 금형(100)이 결합된다. 고정구(411)의 말단에 형성된 나사산에 너트가 결합되어 워크 스핀들(410)에 대한 폴리싱 지그(200) 및 금형(100)의 결합 상태가 고정될 수 있다. 이후, 제3 성형홀(123)에 폴리싱 휠(420)이 삽입된다. 폴리싱 휠(420)이 제3 성형홀(123)에 삽입되는 과정은, 공작기계(400)의 제어 패널에 대한 사용자의 조작에 대응하여 공작기계(400)의 컨트롤러가 워크 스핀들(410)의 베이스, 또는 폴리싱 휠(420)의 베이스를 Z축 방향으로 이동시키는 제어에 의해 이루어질 수 있다.

S300 단계 이후, 제어 패널에 대한 사용자의 폴리싱 개시 조작이 입력되는 경우, 공작기계(400)의 컨트롤러는 워크 스핀들(410)을 회전시켜 제N 성형홀의 내주면의 폴리싱을 수행한다(S400). 워크 스핀들(410)의 회전에 따라, 워크 스핀들(410)에 고정 결합된 금형(100)이 회전되어 폴리싱 휠(420)에 의해 제N 성형홀 내주면에 대하여 폴리싱이 수행된다.

여기서, 본 실시예의 금형(100) 및 폴리싱 지그(200)의 구조로부터 도출되는 효과에 대하여 설명한다. 이해를 돕기 위해 도 3, 도 5 및 도 7과 같이 N이 3, K가 6, M이 2로 설계된 예시로 설명한다.

전술한 것과 같이 본 실시예의 금형(100)은 중심축 상에 제1 고정홀(110)이 형성되고, 제1 고정홀(110)로부터 이격 거리만큼 이격된 위치에 방사상 등간격으로 제1 내지 제3 성형홀(121-123)이 형성되는 구조를 갖는다. 한편, S400 단계의 폴리싱 작업 시 금형(100)의 회전축은 제1 고정홀(110)이 아닌 제3 성형홀(123)의 중심에 해당하므로, 강체에 해당하는 금형(100)의 회전 시 제1 및 제2 성형홀(121, 122) 측 방향으로 질량 편심이 발생하게 되며, 이러한 질량 편심은 고속 회전을 통한 제3 성형홀(123)의 폴리싱 작업 시 그 내경의 오차를 야기하게 된다.

본 실시예에서 폴리싱 작업 시 금형(100)에 발생하는 질량 편심은 폴리싱 지그(200)에 의해 보상된다. 구체적으로, 전술한 것과 같이 폴리싱 지그(200)의 제2 고정홀(210)은 폴리싱 지그(200)의 중심축이 아닌, 중심축으로부터 편향 거리만큼 이격된 위치에 형성되고, 이에 따라 제3 성형홀(123)과 정렬되는 제6 지그홀(226)을 제외한 제1 내지 제5 지그홀(221-225)은 폴리싱 지그(200)의 중심축상에서 편향된 위치에 형성되며, 금형(100)은 각 지그홀(220)이 형성된 부분에서 폴리싱 지그(200)와 결합된다. 전술한 예시에서 결합 로드(300)가 삽입되는 제1 및 제2 지그홀(221, 222)을 제외한 제3 내지 제5 지그홀(223-225)은 자유 공간(Free Space)을 형성하기 때문에, 강체에 해당하는 폴리싱 지그(200)의 각 부분(partion)에는 질량 차가 존재하여 폴리싱 지그(200)의 회전 시 지그홀(220)이 형성되지 않은 부분 측 방향으로 질량 편심이 발생한다. 금형(100) 및 폴리싱 지그(200)는 상호 결합된 상태로 회전하여 하나의 계(system)로 상정할 수 있으며, 따라서 금형(100)에 발생하는 질량 편심은 폴리싱 지그(200)에 발생하는 질량 편심에 의해 상쇄되기 때문에, 고속 회전을 통해 제3 성형홀(123)의 폴리싱 작업이 수행되더라도 성형홀의 내경의 오차가 제거되어 보다 정밀한 내경을 갖는 성형홀이 형성될 수 있다. 나아가, 제3 성형홀(123)의 폴리싱 작업이 완료된 후, 순차적으로 제1 성형홀(121) 및 제2 성형홀(122)의 폴리싱 작업이 후속될 수 있으며, 제1 내지 제3 성형홀(121-123)은 제1 고정홀(110)로부터 이격 거리만큼 이격된 위치에 방사상 등간격으로 형성되는 구조를 갖기 때문에, 제1 및 제2 성형홀(121, 122)의 폴리싱 공정 조건과 제3 성형홀(123)의 폴리싱 공정 조건 간의 편차가 제거되어 제1 내지 제3 성형홀(121-123)의 내경 간의 편차 또한 제거될 수 있다.

상기 구성과 함께, 폴리싱 작업 시 금형(100)에 발생하는 질량 편심을 더욱 최소화하기 위한 제어 로직으로서, S400 단계에서 공작기계(400)의 컨트롤러는 워크 스핀들(410)을 미리 정의된 회전속도 프로파일에 따라 회전시켜 제N 성형홀의 내주면의 폴리싱을 수행할 수 있다.

구체적으로, 강체에 해당하는 금형(100)의 회전 시 그 회전 에너지는 0.5*I*ω²(I는 관성모멘트, ω는 회전각속도, 관성모멘트 I는 금형(100)의 밀도 및 부피에 의존하는 상수)로서 회전속도에 의존하며, 따라서 워크 스핀들(410)의 회전 속도를 감소시키는 것이 질량 편심의 제거에 유리하다. 한편, 워크 스핀들(410)의 회전 속도의 감소는 폴리싱을 통해 목표하는 표면 조도(Surface Roughness)의 저하를 야기하기 때문에, 목표하는 표면 조도를 확보할 수 있는 범위 내에서 회전 속도를 최소화하기 위한 범위 설정이 필요하다.

이를 위해, 본 실시예에서는 회전속도 프로파일을 폴리싱 휠(420)에 의한 폴리싱 작업에 따라 기 획득된 성형홀 내주면 표면 조도에 기초하여 정의된 회전속도 상한치 이하의 범위로 미리 정의해둔 후, S400 단계에서 공작기계(400)의 워크 스핀들(410)을 회전속도 상한치 이하의 범위의 회전속도로 회전시켜 폴리싱을 수행하는 구성을 채용한다. 즉, 폴리싱 휠(420)에 의한 폴리싱 작업에 따른 성형홀 내주면 표면 조도를 실험적으로 획득하고, 목표하는 표면 조도가 충족된 경우에 해당하는 워크 스핀들(410)의 회전속도를 획득한 후, 획득된 회전속도를 상기한 회전속도 상한치로 정의하여, 추후 성형홀(120)의 폴리싱 작업 시 상기와 같이 정의된 회전속도 상한치 이하의 범위에서 워크 스핀들(410)을 회전시킴으로써 폴리싱을 수행할 수 있다. 이 경우, 공작기계(400)의 컨트롤러는 폴리싱 개시 시점부터 회전속도 상한치까지 워크 스핀들(410)의 회전속도를 증가시키고, 워크 스핀들(410)의 회전속도가 회전속도 상한치를 유지하는 상태를 일정시간 동안 유지한 후 폴리싱 작업을 종료하도록 동작할 수 있다.

한편, 회전속도 상한치는 금형(100)의 제1 고정홀(110)의 중심 및 각 성형홀(120)의 중심 간의 이격 거리별로 복수 개 정의되어 데이터베이스화될 수 있으며, 이에 따라 S400 단계에서 공작기계(400)의 컨트롤러는 현재 폴리싱 대상이 되는 금형(100)의 이격 거리에 대응하는 회전속도 상한치 이하의 회전속도로 공작기계(400)의 워크 스핀들(410)을 회전시켜 폴리싱을 수행할 수도 있다. 즉, 제조 대상이 되는 금형(100)의 모델은 다양하고, 금형(100)의 모델 별로 질량 편심의 정도가 다르며, 또한 금형(100)의 모델은 제1 고정홀(110)의 중심 및 각 성형홀(120)의 중심 간의 이격 거리로 구분될 수 있는 점을 고려하여, 본 실시예에서 회전속도 상한치는 제1 고정홀(110)의 중심 및 각 성형홀(120)의 중심 간의 이격 거리별로 복수 개 정의되어 데이터베이스에 저장될 수 있다. 이에 따라, 공작기계(400)의 제어 패널을 통해 사용자로부터 상기의 이격 거리를 입력된 경우, 공작기계(400)의 컨트롤러는 해당 이격 거리에 대응되는 회전속도 상한치를 데이터베이스로부터 추출하고, 추출된 회전속도 상한치 이하의 범위에서 워크 스핀들(410)을 회전시킴으로써 폴리싱을 수행할 수 있다.

추가적으로, 폴리싱 작업 과정에서 발생하는 연마열에 의한 금형(100)의 열변형(성형홀(120) 내측으로의 열팽창에 따른 성형홀(120)의 축소)은 폴리싱 지그(200) 및 결합 로드(300)에 의해 회피될 수 있다. 즉, 전술한 것과 같이 폴리싱 지그(200) 및 결합 로드(300)는 경도가 높은 초경 합금 또는 텅스텐 카바이드의 재질로 형성되기 때문에, 폴리싱 지그(200)는 연마열에 의한 열변형을 수반하지 않고, 그에 따라 지그홀(220)에 삽입되는 결합 로드(300) 또한 열변형이 수반되지 않으며, 결합 로드가 삽입된 성형홀(전술한 예시에서 제1 및 제2 성형홀(121, 122)) 내측으로의 열팽창 또한 결합 로드에 의해 제한되어, 결과적으로 폴리싱 작업 과정에서 발생하는 연마열에 의한 금형(100)의 열변형 현상이 방지될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 하부 금형의 성형홀 폴리싱 작업 시, 복수의 지그홀이 그 중심으로부터 편향된 위치에 형성된 폴리싱 지그를 사용하는 방식과, 공작기계의 워크 스핀들을 성형홀 내주면 표면 조도에 따른 회전속도 프로파일에 따라 회전시켜 폴리싱 작업을 수행하는 방식을 통해, 폴리싱 작업 시 회전하는 하부 금형의 질량 편심을 최소화하여 성형홀의 내경을 보다 정밀하게 성형함과 동시에 복수의 홀을 갖는 하부 금형의 경우 각 홀의 내경 간의 편차를 제거할 수 있으며, 폴리싱 지그와 결합 로드를 경도가 높은 초경 합금 또는 텅스텐 카바이드의 재질로 형성하여 폴리싱 과정에서 발생하는 연마열에 의한 하부 금형의 열변형을 제거함으로써 성형홀의 내경을 보다 정밀하게 성형할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 상부 코어
2: 렌즈 성형 대상물
3: 지지 플레이트
100: 금형(하부 금형)
110: 제1 고정홀
120: 성형홀
130: 가스 배출공
200: 폴리싱 지그
210: 제2 고정홀
220: 지그홀
300: 결합 로드
400: 공작기계
410: 워크 스핀들
411: 고정구
420: 폴리싱 휠

Claims (4)

1. 중심축을 따라 제1 고정홀이 형성된 금형을 황삭(Roughing) 및 정삭(Finishing)하여 렌즈를 사출 성형하기 위한 제1 내지 제3 성형홀을 형성하는 단계로서, 상기 제1 고정홀의 중심 및 상기 각 성형홀의 중심은 미리 정의된 이격 거리를 갖는, 단계;
   제2 고정홀을 통해 공작기계의 워크 스핀들(Work Spindle)에 장착된 폴리싱 지그(Polishing Jig)가, 상기 금형에 형성된 제1 내지 제2 성형홀 및 2개의 결합 로드를 통해 상기 금형과 결합된 상태에서, 상기 금형에 형성된 제3 성형홀의 내주면의 폴리싱을 위한 폴리싱 휠(Polishing Wheel)을 상기 제3 성형홀에 삽입하는 단계; 및
   상기 공작기계의 워크 스핀들을 미리 정의된 회전속도 프로파일에 따라 회전시켜 상기 제3 성형홀의 내주면의 폴리싱을 수행하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 제1 내지 제3 성형홀은, 상기 제1 고정홀을 중심으로 상기 금형 상에서 방사상 등간격을 갖도록 형성되고,
   상기 폴리싱 지그에는, 상기 제2 고정홀을 중심으로 방사상 등간격을 갖는 제1 내지 제6 지그홀(Jig Hole)이 형성되되, 상기 제2 고정홀의 중심 및 상기 각 지그홀의 중심은 상기 이격 거리를 가지고,
   상기 금형 및 상기 폴리싱 지그는, 상기 공작기계의 워크 스핀들 상의 고정구가 상기 제1 및 제2 고정홀을 관통한 상태로서 상기 금형의 제1 내지 제2 성형홀과 상기 폴리싱 지그의 제1 내지 제2 지그홀이 각각 동축상에서 정렬된 상태에서, 상기 2개의 결합 로드가 상기 제1 내지 제2 성형홀 및 상기 제1 내지 제2 지그홀에 관통 삽입되어 결합되고, 상기 폴리싱 지그의 제3 내지 제5 지그홀은 자유 공간을 형성하며,
   상기 제2 고정홀은, 상기 폴리싱 지그의 중심축으로부터 미리 정의된 편향 거리만큼 이격된 위치에 형성되고,
   상기 금형 및 상기 폴리싱 지그가 결합된 상태에서 상기 금형의 제3 성형홀과 동축상에서 정렬되는 상기 폴리싱 지그의 지그홀이 제6 지그홀로 정의될 때, 상기 제6 지그홀의 중심은 상기 폴리싱 지그의 중심축상에 위치하고,
   상기 폴리싱을 수행하는 단계에서, 상기 공작기계의 워크 스핀들을 미리 정의된 회전속도 프로파일에 따라 회전시켜 상기 금형 및 상기 폴리싱 지그가 상기 제3 성형홀과 상기 제6 지그홀의 중심을 회전축으로 하여 회전되도록 함으로써 상기 제3 성형홀의 내주면의 폴리싱을 수행하고,
   상기 회전속도 프로파일은, 상기 폴리싱 휠에 의한 폴리싱 작업에 따라 기 획득된 성형홀 내주면 표면 조도(Surface Roughness)에 기초하여 정의된 회전속도 상한치 이하의 범위로 미리 정의되고,
   상기 폴리싱을 수행하는 단계에서, 상기 공작기계의 워크 스핀들을 상기 회전속도 상한치 이하의 범위의 회전속도로 회전시켜 상기 제3 성형홀의 내주면의 폴리싱을 수행하되, 폴리싱 개시 시점부터 상기 회전속도 상한치까지 상기 워크 스핀들의 회전속도를 증가시키고, 상기 워크 스핀들의 회전속도가 상기 회전속도 상한치를 유지하는 상태를 일정시간 동안 유지한 후 폴리싱을 종료시키는 것을 특징으로 하는 렌즈 성형 금형의 제조 방법.
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