KR20060051858A - 몰드 프레스 성형장치 및 광학소자의 제조방법 - Google Patents

몰드 프레스 성형장치 및 광학소자의 제조방법 Download PDF

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KR20060051858A
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Abstract

본 발명은 볼록면을 갖는 하부 몰드 위에 성형소재를 공급함에 있어서, 성형소재의 형상, 예비성형방법, 공급방법, 위치수정방법 등에 자유도를 부여하면서 성형소재를 하부 몰드 위에서 지지할 수 있도록 한다.
성형면(41)에 볼록면을 갖는 하부 몰드(40)와, 그 상방에 마주 향하게 배치되는 상부 몰드(10)를 구비하고, 하부 몰드(40) 위에 배치된 성형소재(PF)를 가열연화한 상태에서 프레스 성형하는 몰드 프레스 성형장치로서, 하부 몰드 성형면(41)의 주위에, 성형소재(PF)의 하면측 주변부를 지지하는 하부 링(50)을 설치하는 동시에, 하부 링(50)으로 지지된 성형소재(PF)의 둘레엣지부 외측을 개방공간으로 하여 성형소재(PF)의 둘레엣지부를 자유단으로 한다.

Description

몰드 프레스 성형장치 및 광학소자의 제조방법{MOLD PRESS FORMING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF OPTICAL ELEMENT}
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 몰드 프레스 성형장치의 주요부 단면도.
도 2는 제 1 실시형태의 성형장치에 의한 광학소자의 제조공정을 나타내는 설명도.
도 3(a)은 낙하공급수단의 부분 평면도, 도 3(b)은 낙하공급수단의 A-A 단면도.
도 4(a)는 위치수정수단의 평면도, 도 4(b)는 위치수정수단의 작용설명도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 몰드 프레스 성형장치의 주요부 단면도.
도 6은 제 2 실시형태의 성형장치에 의한 광학소자의 제조공정을 나타내는 설명도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 몰드 프레스 성형장치의 주요부 단면도.
도 8은 제 3 실시형태의 성형장치에 의한 광학소자의 제조공정을 나타내는 설명도.
도 9는 비교예에 관한 몰드 프레스 성형장치의 주요부 단면도.
도 10은 오프센터(off-center)율의 설명도.
도 11은 실시예 및 비교예에서의 오프센터율의 분포를 나타내는 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 상부 몰드 11 : 성형면
20 : 상부 동체(胴體)몰드 30 : 강제 이형수단
40 : 하부 몰드 41 : 성형면
50 : 하부 링(지지부재) 51 : 하부 링(지지부재)
52 : 스프링 60 : 낙하공급수단
70 : 위치수정수단 80 : 하부 동체몰드
90 : 핀 PF : 성형소재(유리소재)
본 발명은 유리 등의 성형소재를, 정밀가공된 성형 몰드에 의해 프레스성형하여 광학소자를 제조하는 몰드 프레스 성형장치 및 광학소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 성형면에 볼록면을 갖는 하부 몰드에 대해 성형소재를 공급하는 몰드 프레스 성형장치 및 광학소자의 제조방법에 관한 것이다.
유리 등의 성형소재를, 정밀가공된 성형 몰드에 의해 프레스 성형하여 광학소자를 제조하는 몰드 프레스 성형장치 및 광학소자의 제조방법이 알려져 있다(예 컨대, 일본특허공보 제3501580호[특허문헌 1], 일본 특허공개공보 H9-286622호[특허문헌 2] 참조). 이들은 비 구면을 갖는 광학소자의 성형에 특히 유효하다.
특허문헌 1에는, 성형 몰드 내에서 한 쌍의 위치결정부재를 이동시켜 광학소재를 핀칭하는 형태로 맞닿게 함으로써, 광학소재를 성형 몰드에 대해 위치결정하는 성형방법이 기재되어 있다.
특히, 양면 오목렌즈를 성형하는 경우에는, 볼록형상의 하부 몰드 위에 유리소재를 올려놓아야만 하며, 이것을 위치가 어긋난 채로 두면, 하부 몰드 위에서 유리소재가 낙하할 가능성이 있기 때문에, 성형 몰드 내에서 광학소재에 맞닿게 하여 소정의 위치에 위치결정시키는 방법이 효과적이라고 되어 있다.
특허문헌 2에는, 유리 예비성형물(glass preform)의 단면을 유지수단에 의해 유지하고, 금형으로부터 떨어진 위치에 유지시켜 가열하며, 그 후에 유지를 해제하여 예비성형물을 가압하는 방법이 기재되어 있다. 이에 따라, 가열 시에 있어서 유리 예비성형물과 몰드간의 화학반응이 회피되며, 또한 가압 시에는 예비성형물의 지름방향으로의 유동이 유지수단에 의해 방해를 받는다고 되어 있다.
성형소재(유리소재 등)를 정밀 몰드 프레스에 의해 성형하여 렌즈 등의 광학소자를 성형할 경우, 마주 향하는 성형면을 갖는 상하 한 쌍의 성형 몰드 사이에서 성형소재를 가압, 성형하는 것이 일반적이다. 이 때, 미리 하부 몰드 성형면 위에 성형소재를 공급, 배치할 필요가 있다.
그러나, 얻고자 하는 광학소자의 형상에 따라서는 하부 몰드 성형면의 중심위치에 성형소재를 배치하는 것이 반드시 용이한 것은 아니다. 예컨대, 양면 오목 렌즈를 성형하는 경우에는, 하부 몰드의 성형면이 볼록면이 되기 때문에 성형소재의 배치가 용이하지 않다.
이 밖에도, 하부 몰드 성형면의 중심에 적절한 곡률을 갖는 오목면이 없을 경우(하부 몰드 성형면 중심부분이 볼록면 또는 평면인 경우), 성형소재의 위치를 결정하기가 어렵다. 예컨대, 도 9에 나타낸 바와 같이, 하부 몰드 위에 배치된 성형소재가 프레스 성형시에 그 위치가 어긋나면, 성형되는 광학소자의 두께에 편차가 발생하여 형상이 불량해지는 동시에, 두께의 편차에 기인하여 하중의 인가가 불균일해짐에 따라 광학기능면에서 면 정밀도의 열화(劣化)가 발생한다.
특허문헌 1의 기재에 따르면, 성형 몰드 내에 광학소재의 위치결정부재를 배치하고, 이것을 랙과 피니언(rack and pinion) 등의 구동수단에 의해 기준위치를 중심으로 서로 반대방향으로 이동시켜 광학소재를 핀칭하는 형태로 맞닿게 하여 정지시킴으로써 광학소재를 성형 몰드에 대해 위치결정하며, 프레스 시에 성형면이 소재에 맞닿거나 그 직전에 구동수단에 의해 위치결정부재를 퇴피시킨다.
이 방법에 따르면, 성형 몰드 내부에 위치결정부재를 배치함으로써 성형 몰드 구조에 제약이 생기고 성형 몰드의 열용량이 커지기 때문에, 온도상승, 온도하강과 같은 온도제어가 비효율적이다. 더욱이, 랙과 피니언과 같은 구조체를 성형 몰드 근방에 배치하는 것은, 장치를 대형화시킴은 물론, 이들 구조체의 열변형에 따른 영향 등을 고려할 필요가 생겨 장치설계가 현저히 복잡해진다.
특허문헌 2에는, 평판형상의 예비성형물을, 볼록면을 갖는 상하 몰드에 의해 가압성형하는 도면이 개시되어 있다. 즉, 유지 링 상단에 예비성형물을 올려놓은 상태에서 가열하고, 이어서 구동수단에 의해 유지 링을 하강시켜 예비성형물을 하부 몰드 위에 올려놓고 상하 금형에 의해 예비성형물을 가압한다.
이 방법에서는, 예비성형물은 항상 하부 동체(胴體)몰드의 내주에 접촉되어 있기 때문에, 하부 몰드 성형면이 볼록형상이어도 예비성형물의 위치가 어긋나는 경우는 발생하기 어려울 것으로 보인다.
그러나, 예비성형물을 유지 링 상단에 올려놓기 위해서는 정밀하게 위치를 맞출 필요가 있다.
따라서, 성형소재를 올려놓는 위치의 정밀도를 충분히 확보할 수 없을 경우, 가령, 성형소재를 낙하시켜 공급하는 경우나 성형소재의 외형이 완전한 원이 아니고 지름에 장단(長短)의 차이가 있는 경우 등에는, 유지 링의 상단에 성형소재를 올려놓는 것 자체가 어려워진다.
한편, 성형소재를 미리 예열하여 점도가 낮아진 상태에서 성형 몰드에 공급하는 방법이 알려져 있다(가령, 일본 특허공개공보 H9-132417호 참조).
이러한 경우, 성형소재를 기계적 수단으로 유지하여 반송하면, 성형소재와의 접촉으로 인해 성형소재에 표면결함이 발생할 가능성을 회피할 수 없기 때문에, 성형소재를 지그 위에서 분출되는 가스에 의해 부상시켜, 실질적으로 비접촉 상태로 반송, 공급하는 것이 가장 유리하다.
그러나, 비접촉상태의 성형소재를 성형 몰드에 공급하는 경우에는, 성형소재를 낙하시키는 것이 가장 유리하지만, 성형소재의 낙하공급위치를 엄밀히 관리하기는 어렵다. 즉, 성형소재를 미리 예열하여 점도가 낮아진 상태에서 성형 몰드에 공급하는 방법을 적용할 경우에는, 성형소재의 낙하위치에 다소의 오차가 있었다 하더라도, 그 후의 프레스 성형공정이 지장없이 실행될 것이 요구된다.
또한, 특허문헌 2에서는, 원반형상으로 가공된 성형소재를 이용하는데, 그 성형방법에 대해서는 특별히 기재되어 있지 않다. 이러한 성형소재는 유리블록(glass block)의 절단, 연마 등의 가공(냉간가공)에 의해 얻을 수 있지만, 작업량이 많아 번잡하다.
한편, 정밀 몰드 프레스용 성형소재로서, 용융 유리를 받이 몰드 위에 떨어뜨리거나 또는 흘려 내림으로써 구 또는 양면이 볼록한 곡면형상으로 예비성형된 것(열간성형에 의한 성형소재)이 알려져 있다. 이러한 소재는 표면결함이 없는 곡면으로 덮여 있으며, 프레스 성형된 광학소자의 광학면을 형성함에 있어서 매우 유리하고, 더욱이 생산효율이 매우 높다. 또, 용융유리를 떨어뜨리거나 또는 흘려 내리는 유량을 제어하면, 체적 정밀도, 형상 정밀도를 일정 이상으로 유지할 수가 있다.
그러나, 이렇게 볼록한 곡면으로 덮인 성형소재를 볼록형상의 성형면 위에 공급하고 배치하는 것은 용이하지 않다. 성형면 위의 중앙에 정지하지 않고 미끄러져 떨어져 위치가 어긋나 버리기 때문이다. 특허문헌 2의 유지 링과 같은 것을 이용하여도, 볼록한 곡면을 갖는 성형소재는 반드시 수평하게 놓이는 것은 아니다. 특히, 성형소재의 외형이 완전한 원이 아닌, 일정 범위에서 지름에 장단의 차가 발생한 경우, 특허문헌 2의 성형장치에서는 성형소재가 동체몰드 내에 끼여 들어갈 가능성이 있다.
또한, 동체몰드를 크게 하는 방법도 고려되지만, 이 경우에는 성형소재가 편재하여 두께편차의 원인이 될 뿐만 아니라, 편재하는 성형소재의 위치를 수정하기도 어렵다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 볼록면을 갖는 하부 몰드 위에 성형소재를 공급함에 있어서 성형소재의 형상, 예비성형방법, 공급방법, 위치수정방법 등에 자유도를 부여하면서 하부 몰드 위에서 성형소재를 지지할 수 있으며, 그 결과, 면 정밀도가 높은 광학소재를 효율적으로 제조할 수 있는 몰드 프레스 성형장치 및 광학소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 몰드 프레스 성형장치는, 성형면에 볼록면을 갖는 하부 몰드와, 그 상방에 마주 향하게 배치되는 상부 몰드를 구비하고, 상기 하부 몰드 위에 공급된 성형소재를, 가열 연화된 상태에서 프레스 성형하는 몰드 프레스 성형장치에 있어서, 상기 하부 몰드 성형면의 주위에, 상기 성형소재의 하면측 주변부를 지지하는 지지부재를 설치하는 동시에, 상기 지지부재로 지지된 상기 성형소재의 둘레엣지부 외측의 적어도 일부를 개방공간으로 함으로써, 상기 성형소재의 둘레엣지부의 적어도 일부를 자유단으로 하는 구성으로 되어 있다.
이와 같이 구성하면, 볼록면을 갖는 하부 몰드 위에 성형소재를 공급함에 있어서 성형소재의 형상, 예비성형방법, 공급방법, 위치수정방법 등에 자유도를 부여하면서 하부 몰드 위에서 성형소재를 지지할 수 있다. 이로써, 성형소재의 형상, 예비성형방법, 공급방법, 위치수정방법 등을 최적화하여 면 정밀도가 높은 광학소자를 효율적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 몰드 프레스 성형장치는, 상기 성형소재를 프레스 성형할 때, 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작에 따라 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 구성으로 되어 있다.
이와 같이 구성하면, 성형체의 하면측에 하부 몰드 성형면과 지지부재의 경계 단차가 전사되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 성형체에 각면(角面)이 전사된 경우와 같이 성형체에 내부 왜곡이 발생하거나 성형체가 깨지기 쉬워지는 등의 불량을 회피하여, 얻어지는 광학소자의 품질을 높일 수 있다.
또, 본 발명의 몰드 프레스 성형장치는 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작을, 상기 성형소재를 통해 상기 지지부재에 전달함으로써, 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 구성으로 되어 있다.
이와 같이 구성하면, 성형소재를 이용하여 지지부재를 퇴피시킬 수 있으므로, 성형장치의 구조를 간략화할 수 있다.
또, 본 발명의 몰드 프레스 성형장치는, 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작을 상기 지지부재에 전달하는 연동(連動)부재를 가지며, 상기 연동부재에 의해 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 구성으로 되어 있다.
이와 같이 구성하면, 지지부재를 확실하게 퇴피시킬 수 있을 뿐만 아니라, 성형소재를 통해 지지부재를 퇴피시키는 경우에 비해 성형소재에 대한 영향도 억제 할 수 있다.
또, 본 발명의 몰드 프레스 성형장치는, 상기 하부 몰드 위에 공급된 상기 성형소재의 둘레엣지부에 접촉하여 상기 성형소재의 위치를 수정하는 위치수정수단을 구비하는 구성으로 되어 있다.
이와 같이 구성하면, 성형소재의 위치가 어긋남에 따라 발생하는 면 불량도 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 몰드 프레스 성형장치는 상기 성형소재를 상기 하부 몰드 위에 낙하시켜 공급하는 낙하공급수단을 구비하는 구성으로 되어 있다.
이와 같이 구성하면, 미리 예열된 성형소재를 하부 몰드 위에 효율적으로 공급할 수가 있다.
또, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 예비성형된 소정 체적의 성형소재를, 성형면에 볼록면을 갖는 하부 몰드와, 그 상방에 마주 향하게 배치되는 상부 몰드에 의해 프레스 성형하여 얻어지는 광학소자의 제조방법에 있어서, 상기 하부 몰드 위에 상기 성형소재를 공급할 때, 상기 성형소재의 하면측 주변부의 적어도 일부를 지지부재로 지지하는 동시에, 상기 지지부재로 지지된 상기 성형소재의 둘레엣지부 외측의 적어도 일부에 개방공간을 확보함으로써, 상기 성형소재의 둘레엣지부의 적어도 일부를 자유단으로 하고, 그 후에 프레스 성형하는 방법으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 볼록면을 갖는 하부 몰드 위에 성형소재를 공급함에 있어서 성형소재의 형상, 예비성형방법, 공급방법, 위치수정방법 등에 자유도를 부여하면서 하부 몰드 위에서 성형소재를 지지할 수 있다. 이로써, 성형소재의 형상, 예비성형방법, 공급방법, 위치수정방법 등을 최적화하여 면 정밀도가 높은 광학소자를 효율적으로 제조할 수가 있다.
또한, 본 발명의 광학소자의 제조방법은 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작에 따라, 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시켜 프레스 성형하는 방법으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 성형체의 하면측에 하부 몰드 성형면과 지지부재의 경계단차가 전사되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 성형체에 각면이 전사된 경우와 같이 성형체에 내부 왜곡이 발생하거나 성형체가 깨지기 쉬워지는 등의 불량을 회피하여, 얻어지는 광학소자의 품질을 높일 수가 있다.
또, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작을, 상기 성형소재를 통해 상기 지지부재에 전달함으로써, 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 방법으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 성형소재를 이용하여 지지부재를 퇴피시킬 수 있으므로, 성형장치의 구조를 간략화할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작에 상기 지지부재를 연동시킴으로써, 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 방법으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 지지부재를 확실하게 퇴피시킬 수 있을 뿐만 아니라, 성형소재를 통해 지지부재를 퇴피시키는 경우에 비해 성형소재에 대한 영향도 억제할 수 있다.
또, 본 발명의 광학소자의 제조방법은 상기 성형소재가, 양면이 볼록한 곡면형상으로 예비성형된 것으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 지지부재에 의해 성형소재를 안정적으로 지지할 수 있다.
또, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 상기 성형소재가 용융상태에서 흘러내리거나 또는 떨어짐에 따라 예비성형된 유리소재로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 표면결함이 없는 곡면으로 덮인 유리소재가 얻어지므로, 프레스 성형된 광학소자의 면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 상기 성형소재가, 유리소재이며 105.5 내지 109 푸아즈(poise)의 점도에 상당하는 온도로 예열되어 상기 하부 몰드 위로 낙하하여 공급되는 방법으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 몰드 온도를 상대적으로 낮게 함으로써 몰드 수명을 늘리는 동시에 성형 사이클 타임(cycle time)을 단축시킬 수 있고, 나아가 성형하는 렌즈의 면 정밀도도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 상기 성형소재를 상기 하부 몰드 위에 낙하시켜 공급한 후에 위치를 수정하는 방법으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 성형소재의 위치가 어긋남에 따라 발생하는 면 불량도 억제할 수 있다.
이때, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 상기 성형소재의 둘레엣지부 외측 의 개방공간을 이동하는 위치수정수단을 상기 성형소재의 둘레엣지부에 접촉시킴으로써, 상기 성형소재의 위치를 수정하는 방법으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 상기 성형소재가 광학소자 유효지름보다 큰 지름을 갖는 방법으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 성형소재를 광학 유효지름 외부에서 지지할 수 있기 때문에, 지지부재와의 접촉에 따른 외관불량이나 면 불량의 발생을 방지할 수 있다.
또, 본 발명의 광학소자의 제조방법은, 상기 지지부재가 상기 성형소재의 하면측 주변부를 지지한 상태에서, 상기 상부 몰드의 성형면을 상기 성형소재에 맞닿게 한 후, 상기 하부 몰드의 성형면과 상기 성형소재를 맞닿게 하여 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드를 소정의 간격까지 근접시키는 방법으로 되어 있다.
이러한 방법으로 하면, 상부 몰드의 성형면이 성형소재에 맞닿을 때까지 성형소재를 지지하여 성형소재의 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 따르면, 성형소재를 공급하는 성형 몰드로서 상기 상부 몰드, 하부 몰드, 하부 몰드의 주위에 설치되고 상기 성형소재의 하면측 주변부를 지지하는 통형상의 지지부재 및 상기 상부 몰드와 하부 몰드를 끼워넣는 동체몰드를 갖는 성형 몰드를 이용하는 방법으로 되어 있다. 또, 지지부재는 상기 성형소재를 지지했을 때, 상기 성형소재와 상기 하부 몰드의 사이에 형성되는 공간과 상기 성형 몰드의 외부를 연통하는 통기구멍을 갖는 성형 몰드를 이용하는 것으로 되어 있다.
이렇게 하면, 성형소재와 하부 몰드의 사이에 형성되는 공간(성형공간) 내의 분위기 가스를, 통기구를 통해 원활히 성형 몰드의 외부로 배출할 수 있기 때문에, 잔존가스로 인한 성형체의 형상불량을 억제할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 도면을 참조하면서 설명한다.
[제 1 실시형태]
먼저 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 몰드 프레스 성형장치(이하, '성형장치'라 함)에 관해 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 몰드 프레스 성형장치의 주요부 단면도이다.
도시되어 있지는 않지만 본 실시형태의 성형장치는, 성형장치 및/또는 성형소재의 가열에 필요한 가열수단 및 온도조정기구, 프레스 성형에 필요한 하중조정기구를 갖는 하중인가 축기구, 나아가 성형장치 및/또는 성형체의 냉각에 필요한 냉각수단 및 온도조정기구를 구비한다.
또한, 프레스 시에는 상부 몰드의 상단면 및 하부 몰드의 하단면이 하중인가 축기구의 프레스 성형축에 접촉하여 하중이 인가되는 구성으로 되어 있다.
프레스 성형에 이용되는 성형소재(PF)에 대해 특별히 한정하는 바는 없으나, 유리 예비성형물 등의 유리 소재로 할 수 있다.
유리소재로는 블록형상의 광학유리를 절단, 연마하여 원반형상, 구형상 등으 로 가공(냉간가공)한 것이나, 용융상태에서 받이 몰드 위로 떨어뜨리거나 또는 흘려내림으로써 구형상, 양면이 볼록한 곡면형상 등으로 예비성형(열간성형)한 것을 이용할 수 있다. 본 발명에서는 냉간가공한 원반형상의 유리소재 또는 열간성형한 양면이 볼록한 곡면형상의 유리소재가 바람직하다. 특히, 열간성형에 의한 양면이 볼록한 곡면형상의 소재는 생산효율의 측면에서 유리하다.
성형장치는 임의의 형상의 성형면(11)이 형성된 상부 몰드(10)와, 상부 몰드(10)를 포위하는 상부 동체몰드(20)과, 상부 동체몰드(20)의 내주측에 설치되는 강제 이형수단(30)과, 성형면(41)에 볼록면을 갖는 하부 몰드(40)와, 하부 몰드(40)를 포위하는 하부 링(지지부재;50)로 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 상부 몰드(10)의 성형면 지름(상부 몰드 보스(boss) 지름)을 하부 몰드(40)의 성형면 지름(하부 몰드 보스 지름)보다 크게 하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
강제 이형수단(30)은 상부 동체몰드(20)의 내주를 따라 상하로 움직일 수 있는 이형부재(31)와, 이형부재(31)를 하방으로 가압하는 스프링(32)으로 구성되어 있다. 상부 동체몰드(20)의 내주에는 단차(20a)가 형성되어 있고, 이 단차(20a)와의 걸림결합에 의해 이형부재(31)의 하한위치가 규정된다. 강제 이형수단(30)은 프레스 후에 상하 몰드를 이간시킬 때, 성형체를 상부 몰드(10)의 성형면(11)으로부터 강제적으로 이형시키기 위한 것인데, 그 작용에 대해서는 이후에 기술하도록 한다.
지지부재로서의 하부 링(50)은, 하부 몰드(40)를 포위하는 통형상을 가지며 상단부가 하부 몰드 성형면(41)보다 상방으로 돌출되어 있다. 하부 링(50)의 상단부는, 하부 몰드(40) 위에 성형소재(PF)가 공급되었을 때, 성형소재(PF)의 하면측 주변부를 지지하기 위한 형상을 가지며, 성형장치는 하부 링(50)으로 지지된 성형소재(PF)의 외측에 공간을 확보한다. 이로써, 하부 몰드(40) 위로 공급된 성형소재(PF)를 지지하면서 상기 성형소재(PF)의 둘레엣지부를 자유단으로 할 수가 있다.
하부 링(50)은 성형소재(PF)의 하면측 주변부를 지지하기 위하여, 상단부의 내부지름이 성형소재(PF)의 지름보다 소정량 작게 되어 있다. 또, 본 실시형태에서는 하부 링(50)의 상단부 내주에, 하측으로 갈수록 지름이 작아지는 경사면(테이퍼부(tapered portion))이 형성되어 있다. 성형소재(PF)의 사용량을 과도하게 증가시키지 않기 위해서는 이러한 경사면이 효과적이며, 또 양면이 볼록한 곡면형상의 성형소재(PF)를 안정적으로 지지할 수 있다.
그리고 본 실시형태의 하부 링(50)에는 그 내외주로 통하는 통기구멍(50a)이 형성되어 있다.
이어서, 제 1 실시형태에 관계된 성형장치를 이용한 광학소자의 제조방법에 대해 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 제 1 실시형태의 성형장치에 따른 광학소자의 제조공정을 나타내는 설명도, 도 3(a)은 낙하공급수단의 부분 평면도, 도 3(b)은 낙하공급수단의 A-A 단면도, 도 4(a)는 위치수정수단의 평면도, 도 4(b)는 위치수정수단의 작용설명도이다.
도 2(a)는 상하 몰드(10,40)가 이간된 상태를 나타내며, 이 상태에서 양면이 볼록한 곡면형상으로 예비성형된 유리소재(PF)를 하부 몰드(40) 위로 공급한다. 유리소재(PF)를 공급할 때에는, 임의의 반송지그를 이용하여 하부 몰드(40) 위로 유리소재(PF)를 반송하여 배치할 수 있다.
이때, 유리소재(PF)는 프레스 성형에 적합한 점도로 미리 예열되어 있는 것이 바람직하다. 가령, 점도 105.5 내지 109 푸아즈에 상당하는 온도로 예열해 두는 것이 바람직하다. 또, 상하 몰드(10,40)도 예컨대 프레스 성형의 대상이 되는 유리소재(PF)의 점도 108 내지 1012 푸아즈에 상당하는 소정 온도로 예열해 두는 것이 바람직하다. 더욱이, 유리소재(PF)의 예열온도는 상하 몰드(10,40)의 예열온도보다 높은 것이 바람직하다.
이러한 온도조건을 충족하면, 성형 사이클 타임이 단축되고 성형하는 렌즈의 면 정밀도도 양호하여 양산의 측면에서 매우 유리하다.
유리소재(PF)의 반송, 공급방법에 특별히 제한은 없다. 단, 유리소재(PF)를 상기와 같이 예열한 경우, 유리소재(PF)의 반송시에 반송지그와의 접촉으로 인해 표면결함이 발생하는 경우가 있으므로, 가스에 의해 반송지그 위에서 유리소재(PF)를 부상시켜 실질적으로 지그와의 비접촉상태를 유지하여 반송, 공급하는 것이 바람직하다. 이때, 가령 도 3과 같은 낙하공급수단(60)을 이용할 수 있다.
낙하공급수단(60)은 내열성이 높은 금속(가령, 스테인리스 합금)으로 성형되는 지지 아암(61)과, 그 선단측에 배치되는 부상(浮上) 플레이트(62)로 구성되어 있다. 부상 플레이트(62)는 절구형상의 받이부를 가지며, 여기에서 유리소재(PF) 가 유지된다. 지지 아암(61) 내부에는 부상 플레이트(62)의 받이부에 대해, 하측으로부터 불활성 가스를 보내는 가스 구멍(61a)이 형성되어 있고, 이 가스의 압력에 의해 유리소재(PF)가 부상 플레이트(62) 내에서 약간 부상되면서 반송되도록 되어 있다.
지지 아암(61) 및 부상 플레이트(62)는 그 폭방향의 중심선에서 2개로 분할되어 있으며, 도시되지 않은 개폐구동수단에 의해 수평방향(도 3에서 상하방향)으로 개폐된다. 즉, 하부 몰드(40)의 상방위치에서 지지 아암(61) 및 부상 플레이트(62)를 개방함으로써, 부상 플레이트(62)의 받이부에서 부상되어 유지된 유리소재(PF)가 하부 몰드(40) 위로 낙하공급된다.
도 2(b)는 하부 몰드(40) 위로 유리소재(PF)가 공급된 상태를 나타내며, 하부 링(50)의 상단이 유리소재(PF)의 하면측 주변부를 지지하고 있다. 여기서 '지지'란, 유리소재(PF)가 일정한 자세를 유지할 수 있도록 하는 것이며, 유리소재(PF)는 하부 몰드(40)의 성형면(41)에 접촉한 상태여도 되고, 하부 몰드(40)의 성형면(41)에 접촉하지 않고 하부 링(50)에 의해서만 지지된 상태여도 된다. 즉, 본 발명에 있어서, 하부 몰드(40)의 성형면(41) 위로 유리소재(PF)를 공급한다는 것은, 유리소재(PF)가 하부 몰드(40)의 성형면(41)과 비접촉인 경우도 포함한다.
유리소재(PF)의 지지위치(하면측 주변부)는, 유리소재(PF)를 안정적으로 지지할 수 있는 점과, 얻고자 하는 광학소자(렌즈)의 광학적 유효지름 외(더욱 바람직하게는 심취(芯取) 지름 외)라는 점을 고려하여 결정되며, 이하의 관계식(1)을 충족하는 것이 바람직하다. 예컨대, 유리소재(PF)의 지름을 2r로 할 때, 지지위치 는 유리소재(PF)의 중심으로부터 0.5 내지 0.95r의 범위로 할 수 있다. 바람직하게는 0.7 내지 0.95r로 함으로써, 심취에 의한 유리소재의 제거율을 작게 하여 효율적인 생산이 가능해진다.
광학적 유효지름 ≤ 광학소자 유효지름(= 심취 지름) ＜ 하부 링 내부지름(지지위치) ＜ 유리소재 지름 …… (1)
하부 링(50)의 지지위치의 형상은 모따기를 한 것이어도 되고, 또 유리소재(PF)의 곡면을 따른 곡면형상이어도 무방하다. 또한, 지지위치에서의 유리소재(PF)와 하부 링(50)의 접촉은, 반드시 유리소재(PF)의 전체 둘레에 걸쳐 이루어질 필요는 없고, 둘레방향으로 소정의 간격을 두고 접촉하도록 하여도 된다.
더욱이, 하부 링(50)의 소재는 유리와의 융착을 잘 일으키지 않는 것이 바람직하며, 내열성이 높고 열전도성이 높은 초경합금이나 탄화규소 등으로 할 수 있다. 또한, 융착의 방지를 위한 코팅(coating)을 적절히 실시하여도 된다.
공급된 유리소재(PF)의 중심이 하부 몰드 성형면(41)의 중심과 일치하지 않는 경우(도 2(b)에 나타낸 상태), 즉 위치가 어긋나는 경우가 있기 때문에, 유리소재(PF)의 위치를 수정하는 것이 바람직하다. 가령, 도 4와 같은 위치수정수단(70)을 이용하여 유리소재(PF)와 하부 몰드 성형면(41)의 중심을 맞출 수 있다.
도 4에 도시된 위치수정수단(70)은 가이드 아암(guide arm ; 71)과, 그 선단측에 배치되는 가이드 부재(72)로 구성되어 있다. 가이드 아암(71) 및 가이드 부재(72)는 낙하공급수단(60)과 마찬가지로, 그 폭방향의 중심선에서 2개로 분할되어 있으며, 개폐구동수단(73)에 의해 수평방향(도 4에서 상하방향)으로 개폐된다. 가 이드 부재(72)는 분할이 가능하도록 형성되어 있으며, 그 내부지름 사이즈는 유리소재(PF)의 외부지름과 거의 동등하게 설정되어 있다.
유리소재(PF)가 하부 몰드(40) 위로 낙하 공급된 직후에는, 도 2(c)와 같이 가이드 부재(72)가 개방상태이며, 그 후에 폐쇄동작된다. 가이드 부재(72)가 폐쇄될 때, 도 2(d)에 나타낸 바와 같이 그 내주면이 유리소재(PF)의 외주에 접촉하여 유리소재(PF)를 하부 몰드(40)의 성형면 중심위치로 이동시킨다. 또한, 위치수정동작 후에는 가이드 부재(72)를 개방하여 하부 몰드(41)위에서 퇴피시킨다(도 2(e)).
또한, 퇴피위치에 있어서 위치수정수단(70)을 예열해 두면, 성형소재(PF)와의 접촉시에 성형소재(PF)의 열이 소실되지 않기 때문에 바람직하다.
하부 몰드(40) 위로 공급된 유리소재(PF)의 둘레엣지부는, 장치부재와 접촉하지 않고 자유단으로서 개방되어 있다. 즉, 성형장치에 있어서 유리소재(PF)의 둘레엣지부의 적어도 일부를 자유단으로 하여 개방하는 공간이 확보됨에 따라, 낙하공급 등 공급위치의 정밀도를 확보할 수 없는 경우 또는 유리소재의 형상에 불균일이 있는 경우에도 유리소재(PF)를 일정 범위에서 수용할 수 있으며, 더욱이 그 위치를 수정하기 위한 위치수정수단(70)이 유리소재(PF)의 둘레엣지에 접근, 접촉할 수 있고 나아가 퇴피할 수 있는 것이다.
유리소재(PF)의 위치수정후에 도 2(f)에 나타낸 바와 같이, 상부 몰드(10)와 하부 몰드(40)를 접근시켜 하중을 인가함으로써 유리소재(PF)를 프레스 성형한다. 이때, 유리소재(PF)는 상하 몰드(10,40)의 성형면 형상으로 변형하여 그 형상이 전 사된다. 또한, 유리소재(PF)와 하부 몰드(40)의 성형면(41) 사이에 가두어진 분위기 가스는, 하부 링(50)에 형성된 통기구멍(50a)으로부터 방출할 수 있다.
그리고, 도 2(g)에 나타낸 바와 같이 상하 몰드(10,40)와 유리성형체의 접촉을 유지한 채로 냉각하고, 유리 점도 1013 푸아즈 부근으로 냉각된 단계에서 상하 몰드(10,40)를 이간시킨다. 또한, 도 2(g)에 나타낸 바와 같이 상하 몰드(10,40)가 접근하여 성형체의 소정 두께가 얻어진 시점에서, 성형체의 둘레엣지에는 자유표면이 남아 있다. 이렇게 하면, 유리소재(PF)의 체적편차를 흡수할 수 있다.
하중을 인가할 때에는, 2단계 이상의 하중을 적용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 먼저 제 1 하중에 의해 유리소재(PF)를 소정의 중심두께(최종적인 렌즈의 중심두께보다 약간 큼)까지 변형시킨다. 이 변형과정에서, 냉각을 병행하는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 하중의 인가 개시시 또는 인가중에 냉각을 개시한다.
그리고, 유리점도가 1010 푸아즈에 상당하거나 또는 그 이상이 된 시점에서, 제 1 하중보다 작은 제 2 하중(제 1 하중의 30 내지 70% 정도)을 인가하는 것이 바람직하다. 성형체의 열수축에 대해서는 상부 몰드(10) 또는 하부 몰드(40)를 추종시켜 상하 성형면(11,41)과의 밀착을 유지하는데, 이때, 상부 몰드(10)를 자중(自重)에 따라 추종시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 냉각과 연동한 다단계의 하중 인가 스케쥴(schedule)을 채용함으로써, 우수한 면 정밀도(가령, 간섭 무늬에 의해 나타나는 불규칙(렌즈내 발생하는 회전대칭곡률편차)이 2 개(two fringes) 이내) 및 두께 정밀도의 광학소자를 안정 적으로 얻을 수 있다.
또한, 상하 몰드(10,40)를 이간시킬 때, 성형체가 상부 몰드(10)의 성형면(11)에 부착된 채인 경우가 있는데, 이 경우, 이젝트 공정에 지장이 생기기 때문에 상부 몰드(10)의 성형면(11)과 성형체를 강제로 이형시키는 것이 바람직하다. 가령, 도 2(g)에 나타낸 상태에서 상하 몰드(10,40)를 이간시키면, 상부 몰드(10)의 주위에 설치된 이형부재(31)가 스프링(32)의 가압력에 의해 하방으로 이동함에 따라, 상부 몰드(10)의 성형면(11)으로부터 불거져 나온 성형체의 상면측 주변부와 접촉하여, 성형체를 상부 몰드(10)의 성형면(11)으로부터 강제적으로 이형시킬 수가 있다. 그 후, 상하 몰드(10,40)를 더욱 이간시키고 흡착 패드(pad)를 갖는 로봇(robot, 도시생략) 등을 이용해 하부 몰드(40) 위의 성형체를 꺼낸다.
꺼낸 성형체는 심취 가공을 실시하여 광학중심과 외부지름 중심을 일치시키면서 외부 엣지부분을 제거함으로써 소정의 렌즈형상으로 할 수 있다.
[제 2 실시형태]
다음으로 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 성형장치와, 상기 성형장치를 이용한 광학소자의 제조방법에 관해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 단, 제 1 실시형태와 공통되는 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일한 부호를 사용하고 제 1 실시형태의 설명을 원용한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 성형장치의 주요부 단면도, 도 6은 제 2 실시형태의 성형장치에 의한 광학소자의 제조공정을 나타내는 설명도이다.
제 2 실시형태의 성형장치도 상부 몰드(10), 상부 동체몰드(20), 강제 이형 수단(30), 하부 몰드(40) 및 지지부재로서의 하부 링(51)을 구비하는데, 하부 링(51)을 포위하는 하부 동체몰드(80)이 추가로 설치되어 있다. 제 2 실시형태의 하부 링(51)은 하부 동체몰드(80)의 내주를 따라 상하로 슬라이딩이 가능하게 지지되는 동시에, 하부 링(51)과 하부 몰드(40)의 플랜지(flange)부와의 사이에 설치된 스프링(52)에 의해 상방으로 가압되어 있다. 하부 동체몰드(80)의 내주 및 하부 링(51)의 외주에는 단차(80a, 51a)가 형성되어 있고, 단차(80a, 51a)들의 걸림결합에 의해 하부 링(51)의 상한위치가 규정된다.
도 6(a)은 상하 몰드(10,40)가 이간된 상태를 나타내며, 도 6(b)은 하부 몰드(40) 위에 유리소재(PF)가 공급된 상태를 나타낸다. 여기서는, 평판형상의 유리소재를 예로 들었으나, 양면이 볼록한 곡면형상인 것도 물론 이용할 수 있다.
유리소재(PF)의 반송, 공급방법은 제 1 실시형태와 동일하게 실시할 수 있다. 또한, 하부 몰드(40)의 성형면 중심에 대하여 유리소재(PF)의 중심이 벗어난 경우에 대비하여, 특별히 도시하지는 않았지만 제 1 실시형태와 동일한 위치수정수단(70)을 설치하여, 유리소재(PF)의 공급 후에 곧바로 위치수정을 하는 것이 바람직하다.
도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 하부 몰드(40) 위에 공급된 유리소재(PF)는, 하면측 주변부가 하부 링(51)의 상단면에 의해 지지되어 있다. 또, 하부 링(51)의 지지위치는 반드시 수평면이 아니어도 된다.
그 후, 도 6(d)에 나타낸 바와 같이 하부 몰드(40)가 상승함에 따라(또는 상부 몰드(10)의 하강에 따라), 상하 몰드(10,40)가 접근하여 프레스 성형이 이루어 진다. 이때, 하부 링(51)이 유리소재(PF)의 하면에 맞닿아 있기 때문에, 스프링(52)의 수축에 의해 상승이 방해된다. 다시 말해, 하부 링(51)은 상하 몰드(10,40)의 접근동작에 따라 유리소재(PF)를 통해 상부 몰드(10)에서 하방으로 가압되어 하부 몰드 성형면 아래로 퇴피된다.
이어서, 하부 몰드(40)가 최종 위치까지 상승하여 성형체는 소정의 두께가 된다(도 6(e)). 이때, 하부 몰드(40)의 성형면(41)과 하부 링(51)의 상단면의 높이는 거의 같아진다.
이후, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 상하 성형면(11,41)과 성형체의 밀착을 유지한 채로 냉각하는 동시에 이형시켜 꺼낸다. 강제 이형수단(30)도 제 1 실시형태와 동일하게 기능한다.
이상과 같이 하부 링(51)을 하부 몰드 성형면 아래로 퇴피시키면, 성형체의 하면측에, 하부 몰드 성형면(41)과 하부 링(51)의 경계 단차(각면)가 전사되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 성형체에 각면이 전사된 경우와 같이 성형체에 내부 왜곡이 발생하거나 성형체가 깨지기 쉬워지는 등의 불량을 회피하여, 얻어지는 광학소자의 품질을 높일 수가 있다.
또, 본 실시형태에서는 성형소재(PF)를 이용하여 하부 링(51)을 퇴피시키기 때문에, 부품 수의 증가를 회피하여 성형장치의 구조를 간략화할 수 있다.
[제 3 실시형태]
다음으로 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 성형장치와, 이 성형장치를 이용한 광학소자의 제조방법에 관해 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 성형장치의 주요부 단면도, 도 8은 제 3 실시형태의 성형장치에 의한 광학소자의 제조공정을 나타낸 설명도이다.
도 8에 나타낸 각 공정은, 상술한 제 2 실시형태의 제조장치에 의한 제조공정을 나타내는 도 6의 각 공정에 대응된다. 제 3 실시형태의 성형장치는 제 2 실시형태의 성형장치와 마찬가지로, 상하 몰드(10,40)의 접근동작에 따라 하부 링(51)이 하부 몰드 성형면 아래로 퇴피하도록 구성되는데, 유리소재(PF)를 통해 상부 몰드(10)가 하부 링(51)을 밀어 내리는 것이 아니라, 상부 몰드(10)의 플랜지부에 부착된 핀(연동부재 ; 90)이 하부 링(51)의 상단에 맞닿아 하부 링(51)을 하부 몰드 성형면 아래로 상대적으로 퇴피시킨다는 점에서 제 2 실시형태의 성형장치와 다르다.
이와 같이 구성하면, 상하 몰드(10,40)의 접근에 따라 항상 하부 링(51)이 일정량 하방향으로 퇴피하므로, 보다 확실하게 하부 링(51)의 퇴피위치를 결정할 수 있다. 이로써, 성형체의 하면측에 하부 몰드 성형면(41)과 하부 링(51)의 경계단차가 전사되는 것을 확실하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 성형체에 스프링(52)의 가압력이 작용하는 것을 회피하여 유리온도(점도)의 변동에 따른 성형체의 형상편차도 방지할 수 있다.
성형체의 둘레엣지 형상은 하부 링(51)의 퇴피거리를 선택함에 따라 적절히 원하는 형상으로 만들 수 있다. 도 8(e)에서는 성형체의 둘레엣지가 매끄러운 자유표면으로 되어 있어, 국소적인 응력의 집중에 기인하는 결함이나 면 정밀도의 열화(劣化) 등을 방지할 수 있다.
또한, 하부 링(51)의 퇴피는, 하부 링(51)의 상단면이 완전히 하부 몰드 성형면 아래가 되는 경우 이외에, 하부 링(51)의 상단면이 하부 몰드 성형면과 매끄럽게 이어지는 경우나, 하부 링(51)의 일부가 하부 몰드 성형면 위에 있는 경우도 포함된다.
[실시예 1]
도 1의 성형장치를 이용하여 양면이 오목한 형상의 렌즈를 성형하였다.
상부 몰드 성형면의 지름(상부 몰드 보스 구멍)은 φ18.3mm, 하부 몰드 성형면 지름(하부 몰드 보스 지름)은 φ12.6mm로 하였다. 하부 링 상단부의 내부지름은 φ16이고, 하부 몰드 보스 지름부까지 경사져 있다. 유리소재는 외부지름이 φ17인 양면이 볼록한 곡면형상인 것을 사용하였다.
유리소재를 하부 몰드 위에 공급할 때에는, 하부 몰드 및 하부 링을 하강시켜 상하 몰드 사이에 유리소재의 공급에 필요한 공간을 확보하였다. 유리소재를, 도시되지 않은 가열수단에 의해 미리 유리점도 106 푸아즈에 상당하는 온도로 예열하고, 도 3의 낙하공급수단을 이용하여 하부 몰드 위로 낙하시켜 공급하였다. 유리소재는 지지부재로서의 하부 링에 의해 지지되었다. 이어서, 도 4의 위치수정수단에 의해 유리소재를 하부 몰드 형성면의 중심위치로 위치수정하였다. 이때, 상부 몰드, 상부 동체몰드, 하부 몰드 및 하부 링으로 이루어지는 성형부는, 109 푸아즈에 상당하는 온도로 예비가열된 상태로 하였다.
곧이어, 하부 몰드 및 하부 링을 상방향으로 이동하여 유리소재의 상단부가 상부 몰드의 하단부와 접촉하는 위치까지 상승시키고, 더욱이 유리소재가 108 푸아즈 정도인 상태에서 상부 몰드와 하부 몰드의 접근에 의해 하중(제 1 하중)을 인가하여 유리소재를 변형시키기 시작하였다. 그 후, 유리소재의 하단부가 하부 몰드의 상단부와 접촉하는 위치까지 변형을 계속하고, 또한 상부 몰드와 하부 몰드를 계속해서 접근시켰다.
이 과정에서 유리소재는 크게 변형되어 원하는 광학소자의 형상에 근사하며 소정의 두께(최종 두께보다 약간 큼)를 갖는 성형체가 되었다. 또한, 제 1 하중의 인가와 동시에 냉각을 개시하고, 유리점도가 1010 푸아즈가 된 시점에서 제 1 하중의 40%정도의 제 2 하중을 인가하였다.
상하 몰드와 유리성형체의 밀착을 그대로 유지하고 더욱 냉각하여 유리점도가 1013 푸아즈 이상이 되었을 때, 상하 몰드를 이간시켜 성형체를 꺼내었다. 이때, 성형체의 중심두께는 원하는 최종 두께로 되어 있다.
상하 몰드를 이간시킬 때에는, 상부 몰드의 주위에 배치된 이형부재가 스프링에 의해 하방으로 가압되어 있기 때문에, 상부 몰드 성형면 밖으로 불거져 나온 성형체의 둘레엣지부분과 접촉하여, 성형체를 상부 몰드 성형면으로부터 확실하게 이형시켰다. 꺼낼 때에는 흡착패드를 구비한 로봇을 이용하였다.
얻어진 성형체는 후술하는 평가방법에 의해 평가하였다.
[실시예 2]
도 5의 성형장치를 이용하여 양면이 오목한 형상의 렌즈를 성형하였다. 성 형장치는 상부 몰드, 상부 동체몰드, 강제이형수단, 하부 몰드, 하부 동체몰드 및 하부 링으로 구성되어 있으며, 상부 몰드 성형면 지름(보스 지름)은 φ18.3mm, 하부 몰드 성형면 지름(보스 지름) 및 하부 링의 내부지름은 φ12.6mm이다. 유리소재로는 외부지름이 φ16인 양면이 평면인 원반형상의 것을 사용하였다.
유리소재를 공급할 때에는 하부 몰드, 하부 동체몰드 및 하부 링의 위치를 하강시켜, 상하 몰드 사이에 유리소재의 공급에 필요한 공간을 확보하였다. 이때, 하부 링의 상단면은 하부 동체몰드의 상단면과 동일한 위치까지 스프링에 의해 상승되어 있다.
실시예 1과 마찬가지로, 별도로 예열한 유리소재를 하부 링 위로 낙하시켜 공급하고, 위치수정수단에 의해 중심위치로 위치수정을 하였다. 이때, 상부 몰드, 상부 동체몰드, 하부 몰드, 하부 링 및 하부 동체몰드으로 이루어지는 성형부는, 실시예 1과 마찬가지로 예비가열되어 있다.
곧이어 하부 몰드, 하부 동체몰드 및 하부 링을 상승시켜 유리소재의 상단부가 상부 몰드의 하단부와 접촉하자, 스프링에 의해 상승위치에 있던 하부 링 및 유리소재는 상부 몰드에 의해 밀려 내려갔다. 그 후, 유리소재의 하단부가 하부 몰드의 상단부와 접촉하는 위치까지 하부 링 및 유리소재는 밀려 내려갔다. 유리소재가 108 푸아즈 정도인 상태 하에서, 유리소재의 하단부와 하부 몰드의 상단부가 접촉하였다.
그 후, 상부 몰드와 하부 몰드의 접근에 의해 하중(제 1 하중)이 인가되고, 이 과정에서 유리소재는 크게 변형하여 원하는 광학소자의 형상에 근사하며 소정의 두께(최종 두께보다 약간 큼)를 갖는 성형체가 되었다. 제 1 하중의 인가중에 냉각을 개시하고, 유리점도가 1010 푸아즈가 된 시점에서 제 1 하중의 40%인 제 2 하중을 인가하였다.
상하 몰드와 유리 성형체의 밀착을 그대로 유지하고 더욱 냉각한 후, 유리 점도가 1013 푸아즈 이상이 되었을 때, 상하 몰드를 이간시켜 성형체를 꺼내었다. 이때, 성형체의 중심두께는 원하는 최종 두께로 되어 있다.
상하 몰드를 이간시킬 때에는, 실시예 1과 마찬가지로 강제 이형수단이 기능하여 상부 몰드 성형면으로부터 성형체를 확실하게 이형시켰다.
얻어진 성형체에 대하여 후술하는 방법에 의해 평가하였다.
[비교예]
지지부재가 설치되지 않은 도 9의 성형장치를 이용하여 렌즈를 성형하였다. 이 성형장치는 상부 몰드, 상부 동체몰드, 강제 이형수단 및 하부 몰드로 구성되어 있으며, 상부 몰드 성형면 지름(보스 지름)은 φ18.3mm, 하부 몰드 성형면 지름(보스 지름)은 φ30mm이다. 유리소재로는 외부지름이 φ16인 양면이 평면인 원반형상의 것을 사용하였다.
실시예 2와 마찬가지로 유리소재를 공급할 때에는, 하부 몰드 위치를 하강시켜 유리소재의 공급에 필요한 공간을 확보하였다. 유리소재를 하부 몰드 위로 낙하시켜 공급하고 위치수정수단에 의한 위치수정을 하였다. 성형부와 유리소재의 온도조건도 실시예 2와 동일하게 하였다.
곧이어 하부 몰드 위치를 이동시켜 유리소재의 상단부가 상부 몰드의 하단부와 접촉하는 위치까지 상승시켰다. 유리소재가 108 푸아즈 정도인 상태 하에서 상부 몰드와 하부 몰드의 접근에 의해 하중(제 1 하중)을 인가하였다. 유리소재는 크게 변형되는 동시에, 원하는 광학소자의 형상에 근사하며 소정의 두께(최종 두께보다 약간 큼)를 갖는 성형체가 되었다.
제 1 하중의 인가중에 냉각을 개시하고, 유리점도가 1010 푸아즈가 된 시점에서 제 2 하중을 인가하였다. 그 후, 유리점도가 1013 푸아즈 이상이 되었을 때 상하 몰드를 이간시켜 성형렌즈를 꺼내었다.
[성형체의 평가]
본 실시예 및 비교예에서는 본 발명의 몰드 구조의 유효성을 확인하기 위하여, 시험적으로 제 1 면, 제 2 면의 양면에 구면을 갖는 양면 오목렌즈를 사용하였다. 성형렌즈의 사이즈는 표 1과 같다.
(표 1)
곡률반경 (mm) 광학적 유효지름 (mm) 중심두께 (mm) 심취 지름 (mm)
상부 몰드면 7 8.4 0.8 10.4
하부 몰드면 20 9.8
또한, 본 실시예 및 비교예에서는 얻어진 성형체에 심취 가공을 실시하여 성형체의 외주부분을 제거하였다. 얻어진 최종 지름을 표 1에서는 심취 지름으로서 나타낸다. 이것은 광학소자 유효지름 또는 렌즈 유효지름과 동일한 의미이다.
각각의 몰드 구조로 각 100회의 렌즈성형을 실시하였다. 각 렌즈의 면 형상을 평가하여 아래의 랭크 표에 따라 랭크 구분하였다.
(표 2)
랭크 A B C
불규칙 1개 미만 1개 이상 3개 미만 3개 이상 또는 면 불량
또, 성형체의 두께편차를 평가함에 있어서 성형체의 외부지름 중심과 전사된 구면부 중심간의 어긋남을 오프센터율로서 도 10과 같이 정의하고 오프센터율의 분포를 각 몰드 구조로 조사하였다.
실시예 1, 2 및 비교예에서 프레스 성형된 각 100개의 오프센터율 분포를 도 11에 나타낸다.
비교예의 경우에는, 하부 몰드의 위치가 상승할 때 유리소재가 하부 몰드 위치로부터 벗어나고, 그 결과, 오프센터율 분포는 열화(劣化)되어 있다. 이에 대하여 실시예 1, 2에서는 성형개시시점까지 위치를 벗어나는 경우는 발생하지 않았고, 그 결과, 오프센터율 분포가 대폭 향상된 모습을 볼 수 있다.
아래의 표는 각각의 몰드 구조로 프레스 성형한 각 100개의 렌즈의 면 형상 랭크분포에 대한 조사결과이다.
(표 3)
랭크분포
A B C
실시예 1 98 1 1
실시예 2 99 1 0
비교예 47 38 15
상기 표와 같이, 비교예에서는 오프센터의 열화에 따라 불규칙의 수준이 현저히 열화되는데 대하여, 실시예 1, 2에서는 불규칙의 수준이 대폭 향상되었다. 즉, 오프센터를 방지함에 따라, 성형체의 두께편차를 방지할 수 있는 동시에, 면 정밀도불량(불규칙)도 억제할 수 있음이 확인되었다. 이와 같이 본 발명의 성형장치를 채용함으로써, 오프센터를 원인으로 하는 불규칙, 면 불량의 발생이 억제되었다.
본 발명은 유리 등의 성형소재를, 정밀가공된 성형 몰드에 의해 프레스 성형하여 광학소자를 제조하는 몰드 프레스 성형장치 및 광학소자의 제조방법에 적용된다. 특히, 성형면에 볼록면을 갖는 하부 몰드 위에 성형소재를 공급하는 몰드 프레스 성형장치나 광학소자의 제조방법에서 유용하다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 볼록면을 갖는 하부 몰드 위에서 성형소재의 주변부를 지지하면서, 지지한 성형소재의 둘레엣지부의 적어도 일부를 자유단으로 함으로써, 성형소재의 형상, 예비성형방법, 공급방법, 위치수정방법 등에 자유도를 부여하여 면 정밀도가 높은 광학소자를 효율적으로 제조할 수가 있다.

Claims (19)

  1. 성형면에 볼록면을 갖는 하부 몰드와, 그 상방에 마주 향하게 배치되는 상부 몰드를 구비하며, 상기 하부 몰드 위에 공급된 성형소재를 가열 연화한 상태에서 프레스 성형하는 몰드 프레스 성형장치로서,
    상기 하부 몰드 성형면의 주위에, 상기 성형소재의 하면측 주변부를 지지하는 지지부재를 설치하는 동시에, 상기 지지부재로 지지된 상기 성형소재의 둘레엣지부 외측의 적어도 일부를 개방공간으로 함으로써, 상기 성형소재의 둘레엣지부의 적어도 일부를 자유단으로 하는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스 성형장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 성형소재를 프레스 성형할 때, 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작에 따라 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스 성형장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작을, 상기 성형소재를 통해 상기 지지부재에 전달함으로써, 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스 성형장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작을 상기 지지부재에 전달하는 연동부재를 가지며, 상기 연동부재에 의해 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스 성형장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부 몰드 위에 공급된 상기 성형소재의 둘레엣지부에 접촉하여, 상기 성형소재의 위치를 수정하는 위치수정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스 성형장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형소재를 상기 하부 몰드 위로 낙하시켜 공급하는 낙하공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 몰드 프레스 성형장치.
  7. 예비 성형된 소정 체적의 성형소재를, 성형면에 볼록면을 갖는 하부 몰드와, 그 상방에 마주 향하게 배치되는 상부 몰드에 의해 프레스 성형하여 얻어지는 광학소자의 제조방법으로서,
    상기 하부 몰드 위에 상기 성형소재를 공급할 때, 상기 성형소재의 하면측 주변부의 적어도 일부를 지지부재로 지지하는 동시에, 상기 지지부재로 지지된 상기 성형소재의 둘레엣지부 외측의 적어도 일부에 개방공간을 확보함으로써, 상기 성형소재의 둘레엣지부의 적어도 일부를 자유단으로 하고, 그 후에 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작에 따라, 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시켜 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작을, 상기 성형소재를 통해 상기 지지부재에 전달함으로써, 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드의 상대적인 접근동작에, 상기 지지부재를 연동시킴으로써, 상기 지지부재를 상기 하부 몰드의 성형면 아래로 퇴피시키는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형소재가, 양면이 볼록한 곡면형상으로 예비 성형된 것임을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  12. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형소재가, 용융상태에서 흘러내리거나 또는 떨어짐에 따라 예비 성형된 유리소재인 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  13. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형소재가, 유리소재이며 105.5 내지 109 푸아즈의 점도에 상당하는 온도로 예열되어, 상기 하부 몰드 위로 낙하하여 공급되는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  14. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형소재를, 상기 하부 몰드 위에 공급한 후에 위치수정하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 성형소재의 둘레엣지부 외측의 개방공간을 이동하는 위치수정수단을 상기 성형소재의 둘레엣지부에 접촉시킴으로써, 상기 성형소재의 위치를 수정하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  16. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형소재가, 광학소자 유효지름보다 큰 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  17. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부재가 상기 성형소재의 하면측 주변부를 지지한 상태에서, 상기 상부 몰드의 성형면을 상기 성형소재에 맞닿게 한 후, 상기 하부 몰드의 성형면과 상기 성형소재를 맞닿게 하여, 상기 상부 몰드와 상기 하부 몰드를 소정 간격까지 근접시키는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  18. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형소재를 공급하는 성형 몰드로서, 상부 몰드, 하부 몰드, 하부 몰드의 주위에 설치되고 상기 성형소재의 하면측 주변부를 지지하는 통형상의 지지부재, 및 상기 상부 몰드와 하부 몰드를 끼워넣는 동체몰드를 갖는 성형 몰드를 이용하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 지지부재는, 상기 성형소재를 지지했을 때에 상기 성형소재와 상기 하부 몰드의 사이에 형성되는 공간과, 상기 성형 몰드의 외부를 연통하는 통기구멍을 갖는 성형 몰드를 이용하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 제조방법.
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