KR20080034170A - 광학부품의 수지성형방법, 금형장치, 및 게이트 부시 - Google Patents

광학부품의 수지성형방법, 금형장치, 및 게이트 부시 Download PDF

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KR20080034170A
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Abstract

광을 투과시키는 유효부분과 그 외측의 외주부분을 가지는 볼록렌즈(50)를 성형한다.
게이트 차단용 핀(61a)을 후퇴시켜서, 금형장치(23)의 캐비티(52) 내에 수지를 충전한다. 게이트 차단용 핀(61a)을, 캐비티(52) 내에서 형성되는 볼록렌즈(50)의 외주면 이상(以上) 물려 들어가게 하며 또한 유효부분의 직전에서 정지시킨다. 캐비티(52) 내의 수지를 냉각하여 고화(固化)시키고, 핀(61a)을 후퇴시켜서 볼록렌즈(50)의 외주면보다 외측까지 이동하고, 금형장치(23)를 열어서 볼록렌즈(50)를 꺼낸다.
Figure P1020087004644
광학부품, 수지성형, 금형장치, 게이트 부시

Description

광학부품의 수지성형방법, 금형장치, 및 게이트 부시{Resin molding method for optical part, mold device, and gate bush}
본 발명은, 광학부품의 성형방법, 금형장치, 및 게이트 부시에 관한 것으로서, 특히, 도광판, 렌즈나 프리즘 등의 광을 투과시켜서 이용하는 플라스틱 성형품을 성형하기 위한 성형방법 및 그와 같은 플라스틱 성형품의 사출성형에 이용되는 금형장치 및 게이트 부시에 관한 것이다.
근년, 안정된 특성의 투명한 수지가 개발되고, 그러한 수지의 성형기술이 발달하여 왔다. 이에 수반하여, CD 플레이어의 광학 헤드나, 비디오 카메라, 카메라가 장착된 휴대전화 등 광학기기의 렌즈로서 플라스틱 렌즈가 사용되게 되었다.
예컨대, 카메라가 장착된 휴대전화의 카메라 기구에 이용되는 플라스틱 렌즈는, 사이즈가 작은 것이 많다. 이러한 플라스틱 렌즈를 사출성형기로 성형하는 경우, 성형용 금형은, 다수개 함께 만들기로 하는 것이 일반적이며, 예컨대 하나의 금형으로 4개에서 6개의 플라스틱 렌즈가 형성된다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
1회의 성형 사이클로 성형된 복수의 플라스틱 렌즈는 러너로 연결되어 있다. 러너는 금형의 수지 주입구로부터 캐비티의 입구인 게이트까지 용융된 수지를 안내하기 위한 통로 내에서 고화(固化)된 수지이며, 성형품으로서는 불필요한 부분이다. 따라서, 러너로 연결된 플라스틱 렌즈는, 금형으로부터 꺼내진 후에, 게이트 부분에서 러너로부터 분리되어 하나하나의 플라스틱 렌즈가 된다. 또한, 둘레 테두리(周緣)의 광원으로부터의 광을 화면방향으로 반사시키는 역할을 하는 도광판은, 휴대전화나 액정 디스플레이에 사용되고 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평07-266391호 공보
종래의 성형방법에서는, 플라스틱 렌즈 등의 성형품에 대하여 반드시 러너가 형성되어, 러너를 잘라버릴 필요가 있다. 플라스틱 렌즈의 사이즈가 작은 경우, 러너 부분의 수지량이 플라스틱 렌즈의 수지량에 비교하여 크게 된다. 즉, 금형 내에서 고화하는 수지 전체에 있어서, 러너 부분의 수지량의 비율이 크게 되어, 실제로 성형품이 되는 부분의 수지량보다 폐기하는 부분의 수지량 쪽이 크게 되어 버린다.
플라스틱 렌즈 등의 광학부품에 사용되는 수지에는 높은 투명성이나 안정성이 필요하므로, 고가의 수지가 많고, 상술한 바와 같이 폐기하는 부분이 많으면, 그만큼 플라스틱 렌즈의 제조 코스트를 인상시켜 버린다는 문제가 있다.
또한, 성형품이 러너로 연결되어 있는 경우는, 금형으로부터 꺼낸 후에 러너를 잘라버리는 공정이 필요하고, 이 공정을 생략할 수 있으면, 제조 코스트도 그만큼 저감할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 러너로서 불필요한 부분이 생기지 않는 수지광학부품의 성형방법 및 그와 같은 성형방법을 실현되는 금형장치 및 게이트 부시를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 광을 투과시키는 유효부분과 이 유효부분의 외주에 마련된 외주부분을 가지는 광학부품을 성형하는 수지성 형방법으로서, 게이트 차단용 핀을 후퇴시켜서, 금형장치의 캐비티 내에 수지를 충전하고, 이 게이트 차단용 핀을, 이 캐비티 내에서 수지가 고화하여 이 광학부품이 형성되었을 때의 이 광학부품의 외주면 이상(以上) 물려 들어가게 하며 또한 이 유효부분의 직전에서 정지하고, 이 캐비티 내의 수지를 냉각하여 고화하고, 상기 핀을 후퇴시켜서 이 광학부품의 외주면보다 외측까지 이동하고, 상기 금형장치를 열어서 상기 광학부품을 꺼내는 것을 특징으로 하는 수지성형방법이 제공된다.
본 발명에 의한 수지성형방법에 있어서, 상기 핀을, 상기 금형장치의 개폐방향에 수직한 방향으로 이동하는 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 핀을 후퇴시키는 단계에 있어서, 상기 핀이 후퇴하여 정지하는 위치는, 상기 핀에 의한 게이트의 차단을 유지할 수 있는 위치인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의하면, 광을 투과시키는 유효부분과 이 유효부분의 외주에 마련된 외주부분을 가지는 광학부품을 사출성형하기 위한 금형장치로서, 닫혔을 때에 이 광학부품의 외형을 구획 형성하는 캐비티를 형성하는 가동(可動)금형 및 고정(固定)금형과, 이 고정금형의 분리면에서 개구(開口)하는 게이트와, 이 게이트 내에서 이동가능하고, 이 게이트를 개방 및 차단하는 핀, 을 가지며, 상기 핀의 위치는, 상기 분리면 이상(以上)으로 상기 캐비티 측에 돌출하지만, 상기 광학부품의 상기 유효부분까지 도달하지 않는 위치까지의 범위 내에서 정지하도록 제어가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 금형장치가 제공된다.
본 발명에 의한 금형장치는, 상기 핀을 구동하기 위한 구동부를 가지고, 이 구동부는, 상기 게이트를 차단하며 또한 상기 분리면 이상(以上)으로 상기 캐비티 내에 돌출하도록 상기 핀 이동하고, 또한, 상기 게이트의 차단을 유지한 채 상기 핀을 상기 분리면보다 외측까지 이동하는 것이 바람직하다. 혹은, 본 발명에 의한 금형장치는, 상기 핀을 구동하는 제1 구동부와 제2 구동부를 가지며, 이 제1 구동부는, 상기 게이트를 차단하며 또한 상기 분리면 이상으로 상기 캐비티 내에 돌출하도록 상기 핀을 이동하고, 이 제2 구동부는, 상기 게이트의 차단을 유지한 채 상기 핀을 상기 분리면보다 외측까지 이동하는 것으로 하여도 좋다. 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부는 왕복동 에어실린더인 것으로 하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 광을 투과시키는 유효부분과 이 유효부분의 외주에 마련된 외주부분을 가지는 광학부품을 사출성형하기 위한 금형장치로서, 금형이 닫혔을 때에 이 광학부품의 유효면을 형성하는 코어와, 이 고정금형의 분리면에서 개구하는 게이트와, 이 게이트 내에서 이동가능하며, 이 게이트를 개방 및 차단하는 핀과, 상기 게이트의 주위에 마련되고, 상기 게이트의 선단을 지지하는 게이트 부시를 가지며, 상기 캐비티의 일부를 구성하는 상기 게이트 부시의 캐비티 면의 적어도 일부가, 상기 코어의 형상에 대응한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 금형장치가 제공된다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 금형장치에 마련되고, 내부에 게이트를 개방 및 차단하는 핀을 이동가능하게 구비한 상기 게이트의 선단을 지지하는 게이트 부시로서, 상기 금형장치의 내부에 형성된 캐비티의 일부를 구성하는 상기 게이트 부시의 캐비티 면의 적어도 일부가, 상기 금형장치를 이용하여 사출성형되는 광학부품의 유효면을 형성하는 코어의 형상에 대응한 형상을 가지는 곡면인 것을 특징으로 하 는 게이트 부시가 제공된다.
본 발명에 의하면, 핫러너 방식으로 광학부품을 수지성형하므로, 고화된 러너부(部)가 형성되지 않아, 고가인 광학부품용 수지를 러너부로서 폐기할 필요가 없어진다. 이로 인하여, 광학부품의 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또한, 핫러너 방식에 있어서의 게이트 차단용 핀의 위치를 제어함으로써, 성형한 광학부품을 손상하지 않고, 확실하게 금형장치로부터 분리할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 플라스틱 렌즈의 사출성형에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 본 실시예에 의한 사출성형을 행하는 사출성형기의 개요에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 의한 사출성형을 행하는 사출성형기의 측면도이다.
도 1에 나타낸 전동 사출성형기(1)는, 사출장치(10) 및 형체(型締)장치(20)로 구성된다.
사출장치(10)는, 가열실린더(11)를 구비하고, 가열실린더(11)에는 호퍼(12)가 마련된다. 가열실린더 내에는 스크루(13)가 진퇴 가능하게 또한 회전 가능하게 마련된다. 스크루(13)의 후단은 지지부재(14)에 의하여 회전 가능하게 지지된다. 지지부재(14)에는 서보모터 등의 계량모터(15)가 구동부로서 장착된다. 계량모터(15)의 회전은 출력축에 장착된 타이밍 벨트를 통하여 피구동부인 스크루(13)에 전달된다.
사출장치(10)는 스크루(13)에 평행한 나사축(17)을 가진다. 나사축(17)의 후단은, 타이밍 벨트를 통하여, 사출모터(19)의 출력축에 연결되어 있다. 따라서, 사출모터(19)에 의하여 나사축(17)을 회전시킬 수 있다. 나사축(17)의 전단은 지지부재(14)에 고정된 너트에 맞물려 있다. 사출모터(19)를 구동하여, 타이밍 벨트를 통하여 나사축(17)을 회전시키면, 지지부재(14)는 전후진 가능하게 되고, 그 결과, 피구동부인 스크루(13)를 전후 이동시킬 수 있다.
형체장치(20)는, 가동금형(21A)이 장착되는 가동플래튼(22)과, 고정금형(21B)이 장착되는 고정플래튼(24)을 가진다. 가동금형(21A)과 고정금형(21B)으로, 후술하는 본 실시예에 의한 금형장치(23)가 구성된다. 가동플래튼(22)과 고정플래튼(24)은, 타이바(25)에 의하여 연결된다. 가동플래튼(22)은 타이바(25)를 따라서 슬라이딩 가능하다. 또한, 형체장치(20)는, 일단(一端)이 가동플래튼(22)과 연결되고, 타단(他端)이 토글 서포트(26)와 연결되는 토글기구(27)를 가진다. 토글 서포트(26)의 중앙부에 있어서, 볼나사축(29)이 회전 가능하게 지지된다. 볼나사축(29)에는, 토글기구(27)에 마련된 크로스헤드(30)에 형성된 너트(31)가 맞물려 있다. 또한, 볼나사축(29)의 후단에는 풀리(32)가 마련되고, 서보모터 등 형체모터(28)의 출력축(33)과 풀리(32)의 사이에는, 타이밍 벨트(34)가 마련되어 있다.
형체장치(20)에 있어서, 구동부인 형체모터(28)를 구동하면, 형체모터(28)의 회전이 타이밍 벨트(34)를 통하여 볼나사축(29)에 전달된다. 그리고, 볼나사축(29) 및 너트(31)에 의하여, 회전운동에서 직선운동으로 변환되어, 토글기구(27)가 작동한다. 토글기구(27)의 작동에 의하여, 가동플래튼(22)은 타이바(25)를 따라서 이동하여, 형폐(型閉), 형체(型締) 및 형개(型開)가 행하여진다. 형체모터(28)의 출력축(33) 후단에는, 위치검출기(35)가 접속되어 있다. 위치검출기(35)는, 형체모터(28)의 회전수 또는 회전량을 검출함으로써, 볼나사축(29)의 회전에 수반하여 이동하는 크로스헤드(30) 또는 토글기구(27)에 의하여 크로스헤드(30)에 연결된 가동플래튼(22)의 위치를 검출한다.
또한, 본 실시예에서는, 전동 사출성형기(1)에 제어부(40)가 마련된다. 제어부(40)는, 사출장치의 계량모터(15) 및 사출모터(19)를 제어하고, 또한, 형체장치(20)의 형체모터(28)를 제어한다. 또한, 제어부(40)는, 후술하는 바와 같이 금형장치(23)에 마련된 게이트 밸브 기구의 밸브 동작을 제어한다.
다음으로, 본 실시예에 의한 금형장치(23)에 대하여, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 금형장치(23)의 일부를 나타낸 단면도이다. 금형장치(23)는 이른바 핫러너 방식의 금형장치로서, 통상의 콜드러너 방식에 있어서 성형품에 부수하여 형성되는 러너부(고화한 수지부분)는 형성되지 않는다.
핫러너 방식에서는, 금형 내의 러너부가 용융상태로 유지되도록, 러너부를 상시 가열하고 있다. 따라서, 금형의 캐비티에 충전된 용융수지를 냉각하여 고화시킬 때에는, 러너와 고화시킬 성형품 부분(캐비티 내)을 차단하는 기구를 마련할 필 요가 있다. 이 차단하는 기구가, 도 2에 있어서의 게이트 밸브 기구(60)에 상당한다.
본 실시예에 의한 금형장치(23)는, 도 3에 나타낸 플라스틱 제품인 볼록렌즈(50)를 사출성형으로 성형하기 위한 금형이지만, 성형품은 볼록렌즈에 한정되지 않고, 후술하는 바와 같이 다른 다양한 광학부품의 성형에 이용하는 금형장치에도 적용할 수 있다. 여기서, 도 3(A)는 볼록렌즈(50)의 정면도이며, 도 3(B)는 단면도이다.
도 2에 있어서, 가동금형(21A)과 고정금형(21B)의 경계선(이른바 분리선)은, 굵은 선(PL)으로 나타내어져 있다. 굵은 선(PL)의 좌측이 가동금형(21A)이고, 우측이 고정금형(21B)이다. 도 2에 나타낸 상태는 금형장치(23)가 형폐한 상태이며, 형개하는 경우는 가동금형(21A)이 도 2 중 왼쪽으로 이동한다.
고정금형(21B)에는, 성형품의 외형을 형성하기 위한 중간체(21Ba)가 마련된다. 또한, 가동금형(21A)에는 성형품의 외형을 형성하기 위한 중간체(21Aa)가 마련된다. 중간체(21Aa) 및 중간체(21Ba)에 의하여 금형장치(23)가 닫혔을 때에 캐비티(52)가 형성된다.
캐비티(52)에 용융수지를 충전하여 냉각ㆍ고화시킴으로써, 도 3에 나타낸 볼록렌즈(50)가 형성된다. 금형장치(23) 내에서 용융수지가 고화하여 볼록렌즈(50)가 된 후, 가동금형(21A)이 이동(형개)하면, 중간체(21Aa)는 가동금형(21A)의 이동에 연동하여, 가동금형(21A)에 대하여 우측으로 이동하여, 캐비티(52) 내에서 고화한 볼록렌즈(50)는 가동금형(21A)으로부터 분리되어 꺼내진다.
고정금형(21B)에는, 도 1에 나타낸 사출장치(10)로부터 용융된 수지가 공급된다. 고정금형(21B)의 내부에는, 용융된 수지를 흐르게 하여 캐비티(52)에 안내하기 위한 통로(러너)(53)가 형성되어 있다. 러너(53)의 주위에는 러너(53)를 가열하기 위한 히터가 배치되고, 러너(53) 내 수지의 용융상태가 유지되도록, 고정금형(21B) 내에 매립된 온도센서의 검출값을 바탕으로, 금형온도 제어가 행하여지고 있다. 러너(53)의 일단(一端)은, 고정금형(21B)의 측면에 형성된 노즐 터치부(54)에 접속된다. 노즐 터치부(54)에는 도 1에 나타낸 사출장치(10)의 가열실린더(11) 선단의 노즐이 접속되어, 가열실린더(11)에서 용융되고 계량된 수지가 러너(53)에 공급된다. 러너(53)의 타단(他端)은 게이트 통로(55)에 접속되어 있고, 게이트 통로(55)는, 주위를 게이트 부시(100)로 에워싸인 게이트(56)를 통하여 캐비티(52)에 접속되어 있다. 게이트 부시는, 게이트(56)의 선단과 함께, 수지의 유로(流路)를 연결 유통 또는 차단하는 역할을 하고 있다. 이러한 구조 하에서, 대략 평면 형상으로 형성되어 있는 게이트 부시(100)의 일면(도 2에 있어서 게이트 부시(100)의 하면) 및 게이트(56)의 선단부는 캐비티(52)의 일부(도 2에 있어서 캐비티(52)의 상면부)를 구성하여, 러너(53)에 공급된 용융수지는 게이트 통로(55)와 게이트(56)를 통과하여 캐비티(52)에 충전된다. 다만, 게이트 통로(55)에는 상술한 바와 같이 게이트 밸브 기구(60)가 마련되어 있어, 게이트(56)를 개방 또는 폐쇄할 수 있도록 구성되어 있다.
게이트 밸브 기구(60)는, 게이트 통로(55) 내에 이동 가능하게 위치하는 차단수단으로서의 밸브(61)와, 밸브(61)를 구동하는 구동기구(62)를 가진다. 밸 브(61)의 선단부분의 핀(61a)은 게이트(56)의 내경에 유동 가능하게 끼우게 되는 외경으로 형성되어 있어, 핀(61a)이 게이트(56)에 삽입되면 게이트(56)가 폐쇄되어, 게이트 통로(56)와 캐비티(52) 사이는 차단된다. 도 2에 나타낸 상태는, 핀(61a)이 게이트(56)에 삽입되어서 게이트(56)가 폐쇄된 상태이다.
게이트 밸브 기구(60)의 구동기구(62)는 왕복동 가능한 에어실린더로 구성되어 있고, 피스톤(63)에 밸브(61)가 고정되던가, 혹은 밸브(61)가 피스톤(63)과 일체적으로 형성된다. 에어실린더(62)에 압축공기를 공급하여 구동함으로써, 피스톤(63)이 이동하여, 밸브(61)를 축방향으로 이동할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 밸브(61)의 이동방향은, 도 2에 나타낸 바와 같이 분리선(PL)에 대하여 평행하게 되어 있고(즉, 금형 개폐방향에 대하여 수직), 분리선 상에 게이트(56)가 위치하도록 되어 있다. 통상, 성형품의 분리선에 상당하는 면(분리면이라고 칭한다)은, 면의 정밀도나 품질이 확보되기 어려우므로, 기능을 가지는 면으로 하지 않으며, 도 2에 나타낸 구성으로 하면, 분리면에 게이트(56)가 개구하도록 구성할 수 있다.
이상과 같이, 성형품의 분리면은, 금형장치(23)가 열릴 때에 금형의 캐비티(52)를 형성하는 면에 접촉하면서 이동하는 면으로서, 밸브(61)의 핀(61a)이 성형품(볼록렌즈(50))에 (캐비티(52) 내에) 조금이라도 돌출되어 있는 경우는, 밸브(61)의 핀(61a)으로 제품을 걸어 끌면서 성형품이 고정금형(21B)으로부터 이탈하는 것이 되어서, 성형품에 흠집이 생기거나, 손상되거나 할 우려가 있다. 따라서, 금형장치(23)를 열 때에는, 밸브(61)의 핀(61a) 선단면이 캐비티(52)의 내면에 일 치하여 있던가, 그 위치보다 후퇴하여 있지 않으면 안된다.
한편, 핀(61a)을 게이트(56)에 삽입하여 캐비티(52)에 대한 용융수지의 충전을 멈춘 시점에서, 밸브(61)의 핀(61a) 선단면이 캐비티(52)의 내면보다 약간이라도 후퇴되어 있을 경우, 그 후퇴에 의하여 형성된 게이트(56) 내의 공간이 캐비티(52)와 연결되어 있으므로, 게이트(56) 내의 공간에도 용융수지가 충전된 상태가 된다. 게이트(56) 내의 공간에 충전된 용융수지는 성형품과 일체적으로 고화되므로, 금형장치(32)를 열 때에 게이트(56) 내에서 고화된 수지 부분이 고정금형(21B)의 캐비티를 형성하는 면보다 내측으로 돌출한 상태가 된다. 따라서, 금형장치(23)를 열 때에, 이 돌출부가 고정금형(21B)에 걸리게 되어, 성형품이 고정금형(21B)으로부터 잘 이탈할 수 없을 우려가 있다.
이상과 같은 문제를 고려하면, 게이트(56)를 핀(61a)으로 닫은 때에는, 핀(61a)의 선단면이 캐비티(52)를 형성하는 면에 정밀도 좋게 일치하도록, 핀(61a) 즉 밸브(61)의 정지위치를 제어할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 사출성형기(1) 본체의 제어부(40)에 의하여 게이트 밸브 기구(60)를 제어하여, 밸브(61)가 게이트(56)를 폐쇄하여 정지하는 위치를 정밀도 좋게 제어하고 있다.
여기서, 밸브(61)가 게이트(56)를 폐쇄하여 정지하는 위치를 정밀도 좋게 제어하였다고 하더라도, 금형장치(23)의 부품이나 게이트 밸브 기구(60)의 부품 치수의 누적 오차가 있어서, 핀(61a)의 선단면과 캐비티(52)의 면을 완전하게 일치시키는 것이 곤란한 경우도 있다. 따라서, 게이트 밸브 기구(60)의 구동기구(62)를, 도 4에 나타낸 바와 같이 2단 실린더로 하여, 핀(61a) 선단면의 위치를 게이트 밸브의 개폐동작에 따라서 제어하는 것으로 하여도 좋다.
여기서, 2단 실린더에 의한 핀(61a) 선단면의 위치 제어에 관하여, 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 4는, 2단 실린더에 의한 게이트 밸브의 위치제어에 있어서의 밸브의 위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는, 도 4에 나타낸 밸브위치와 성형품의 위치관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 2단 실린더 및 밸브를 모식적으로 나타낸 것으로서, 동작의 설명이 목적이어서, 에어실린더의 실린더부나 다른 부품의 도시는 생략되어 있다. 또한, 도 4에서는 밸브(61A)의 선단에 마련된 핀(61a)(도 5 참조)은 간략화하여, 밸브와 동일 외경으로 나타내어져 있다. 따라서, 도 4에 있어서의 밸브의 선단면은, 도 5에 있어서의 핀(61a)의 선단면에 상당한다.
2단 실린더로서, 도 2에 나타낸 에어실린더(62)(제1 구동부)에 더하여, 에어실린더(62)와 게이트(56) 사이에 보조 에어실린더(제2 구동부)(65)가 마련되어 있다. 다만, 도 4에는 보조 에어실린더(65)의 실린더부는 도시되어 있지 않고, 실린더 내의 피스톤(66)만이 나타내어져 있다. 에어실린더(62)에 대하여도 내부의 피스톤(63)만이 나타내어져 있다.
보조 에어실린더(65)는, 밸브(61A)를 미소(微小) 이동하기 위하여 마련된 에어실린더이다. 보조 에어실린더(65)를 마련하여 밸브(61A)를 이동하기 위하여, 밸브(61A)는 외경이 굵은 대직경부(61Aa)와 외경이 가는 소직경부(61Ab)를 가진다.
우선, 게이트 밸브를 열어서 캐비티(52)에 수지를 충전하기 위하여, 도 4(A) 에 나타낸 바와 같이, 에어실린더(62)의 앞쪽에 압축공기를 공급하여 밸브(61A)를 후퇴시킨다. 이때, 밸브(61A)의 소직경부(61Ab)는 피스톤(66)을 관통하여 유동 가능하게 끼워 있으므로, 밸브(61A)는 피스톤(66)에 구속되지 않고 후퇴할 수 있다. 도 5(A)는, 이때의 밸브(61A)의 위치를 보다 상세하게 나타낸다. 다만, 도 5에서는, 게이트 통로(55)의 선단부분(게이트(56)의 바로 앞)에 수지저류부(55a)를 마련한 구성이 나타나 있다. 수지저류부(55a)는, 용융수지를 보관하는 공간으로서, 수지에 의하여 단열층을 형성하여 게이트 통로(55) 측이 가열되고, 캐비티(52) 측이 냉각될 때의 열의 이동을 억제한다.
게이트 밸브를 열어서 용융수지를 캐비티(52) 내에 충전하고, 소정 압력으로 보압을 가한 후, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이 에어실린더(62)의 뒷쪽에 압축공기를 공급하여 밸브(61A)를 전진시켜서, 게이트 밸브를 닫는다. 이때, 밸브(61A)의 핀(61a) 선단면이 캐비티(52)의 내면에 일치하도록 제어하는 것이 바람직하다. 핀(61a)의 선단면이 캐비티(52)의 내면에 일치한 상태를 도 5(B)에 나타낸다. 단, 상술한 바와 같이, 핀(61a)의 선단면을 캐비티(52)의 내면에 완전하게 일치시키는 것은 어려우므로, 도 4(D)에 나타낸 바와 같이, 핀(61a)이 캐비티(52) 내에 약간 돌출할 때까지 밸브(61A)를 전진시키는 것으로 하여도 좋다. 핀(61a)이 캐비티(52) 내에 약간 돌출된 상태를 도 5(D)에 나타낸다.
상술한 동작에서는, 밸브(61A)의 이동을 에어실린더(62)로 행하고 있고, 에어실린더(62) 피스톤(63)의 하측으로의 이동(즉, 게이트 밸브를 차단하는 방향으로의 이동)을 규제함으로써, 게이트 밸브를 차단한 상태(도 4(B) 또는 도 4(D)에 나 타낸 상태)에 있어서의, 핀(61a) 선단면의 위치를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 즉, 에어실린더(62) 피스톤(63)의 스트로크를 규제하는 제1 규제부(L1)를 마련함으로써, 핀(61a) 선단면의 위치를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 또한, 중간체(21Aa)에 의하여 볼록렌즈(50)에 보압을 가하도록 하여도 좋다. 이 경우, 캐비티(52) 내에 용융수지를 충전한 후, 밸브(61A)가 전진된다. 따라서, 충전 후에 중간체(21Aa)에 의하여 보압을 가하여도, 캐비티 내의 수지가 러너로 역류하지 않는다.
도 4(B) 또는 도 4(D)에 나타낸 상태에서, 캐비티(52) 내에 충전된 수지를 냉각하여 고화시킨다. 도 4(B) 및 도 5(B)에 나타낸 상태이면, 그대로 금형장치(23)를 열어서 성형품을 금형장치(23)로부터 꺼낼 수 있지만, 도 4(D) 및 도 5(D)에 나타낸 상태이면, 핀(61a)이 걸려서 성형품이 고정금형(21B)으로부터 이탈할 때에 문제가 생긴다.
그래서, 도 4(B) 또는 도 4(D)에 나타낸 상태에서 캐비티 내의 수지를 고화시킨 후, 도 4(C)에 나타낸 바와 같이, 보조 에어실린더(65)의 앞쪽에 압축공기를 공급하여 피스톤(66)을 약간 후퇴시킨다. 이 피스톤(66)의 이동에 의하여, 밸브(61A)는 약간 후퇴되고, 밸브(61A) 선단의 핀(61a)은, 도 5(C)에 나타낸 바와 같이, 캐비티(52)보다 게이트 밸브 측으로 끌려 들어간다. 이때, 핀(61a)의 끌려 들어가는 것은 극히 작으므로, 게이트 밸브가 열리지 않아, 게이트 통로(55) 내의 용융수지가 캐비티(52) 측으로 흘러들어가지 않는다. 또한, 캐비티(52) 내의 수지는 이미 고화되어 있으므로, 핀(61a)이 후퇴한 후에는 성형품의 핀(61a)에 대응하는 부분에 약간의 패임이 남을 뿐이고, 게이트(56) 내에 성형품의 수지가 들어가지 않 는다.
따라서, 도 4(C) 및 도 5(C)에 나타낸 상태에서 금형장치(23)를 열어도, 핀(61a)이 걸리거나, 게이트(56) 내에 돌출된 수지가 걸리거나 하지 않아, 문제없이 성형품을 금형장치로부터 꺼낼 수 있다.
상술한 동작에서는, 밸브(61A)의 미소(微小) 이동을 보조 에어실린더(65)로 행하고 있고, 보조 에어실린더(65) 피스톤(66)의 상측으로의 이동(즉, 게이트 밸브를 개방하는 방향으로의 이동)을 규제함으로써, 게이트 밸브의 차단을 유지하면서 핀(61a)의 선단면을 약간 게이트(56) 내로 끌어들인 상태(도 4(C)에 나타낸 상태)에 있어서의, 핀(61a) 선단면의 위치를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 즉, 보조 에어실린더(65) 피스톤(66)의 스트로크를 규제하는 제2 규제부(L2)를 마련함으로써, 핀(61a) 선단면의 위치를 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
다만, 성형품에는, 상술한 바와 같이 핀(61a)이 돌출된 부분에 약간의 패임이 남지만, 핀(61a)이 돌출하는 거리를 성형품의 유효부분까지 도달하지 않는 미소한 거리로 함으로써, 성형품의 기능에 영향을 미치지는 않는다. 도 3에 나타낸 성형품인 볼록렌즈(50)는, 외형이 원통 형상이고, 게이트의 부분에 평면이 마련되어 있다. 볼록렌즈(50)의 유효부분은 도면 중 해칭을 실시한 부분이며, 유효부분 외측의 외주부분은 실제로 사용되지 않는 부분이다. 렌즈와 같은 광을 투과시키는 광학부품은, 대부분의 것이 이와 같이 외주 측에 유효부분 이외의 외주부분을 가지고 있어서, 도 4(D)에 나타낸 바와 같이 핀(61a)을 성형품에 물려 들어가게 하였다 하더라도, 외주부분 이내, 즉 유효부분까지 도달하는 거리 이내이면, 성형품의 기능 에 영향을 미치지 않는다.
이상과 같이 본 실시예에서는, 외형보다 작은 유효부분을 가지는 광학부품의 특성을 이용하여, 광학부품의 분리면에 게이트를 배치하여, 핫러너 방식으로 수지를 충전함으로써, 고화된 러너부가 형성되지 않게 성형품을 형성할 수 있다. 따라서, 종래, 폐기되었던 러너부가 없어져서, 고가인 수지를 러너부로서 폐기하지 않으므로, 성형품의 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또한, 러너부를 제품으로부터 잘라 버리는 공정도 불필요하게 되어, 더한층 성형품의 제조 코스트를 저감할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 게이트 밸브 기구(60)가 분리선(PL)에 대하여 평행하게 배치되어 있는 예를 나타내었지만, 게이트 밸브 기구(60)를 분리선(PL)에 대하여 수직으로 배치해도 좋다. 이 경우, 중간체(21Aa, 21Ba)는 금형의 개폐방향과는 직각으로 배치되며, 앵귤러 핀을 이용함으로써, 금형이 열림과 동시에, 중간체(21Aa, 21Ab) 중 적어도 한쪽을 형개방향과는 직각방향으로 열리도록 하는 구조를 채용하면 좋다. 이 경우에 있어서도, 게이트 밸브 기구(60)의 핀(60a)을, 볼록렌즈(50)의 외주면 이상(以上)으로 물려 들어가게 할 수 있다. 그 결과, 고가인 수지를 러너부로서 폐기할 필요가 없으므로, 성형품의 제조 코스트를 저감할 수 있다.
본 발명에 의한 금형장치를 적용하여 성형할 수 있는 광학부품의 예로서, 도 6에 나타낸 바와 같은 오목렌즈, 도 7에 나타낸 바와 같은 외형이 사각인 오목렌즈, 도 8에 나타낸 바와 같은 프리즘 등을 들 수 있는데, 이들에 한정되는 것이 아 니고, 본 발명은 다른 다양한 광학부품의 성형에 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 밸브를 구동하는 구동원으로서 에어실린더를 이용하였지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 회전모터와 직선 구동기구를 조합한 구동기구나, 리니어 모터를 이용할 수도 있다.
그런데, 상술한 실시예에 있어서, 캐비티(52)의 일부를 구성하는 게이트 부시(100)의 하면은 대략 평면이고, 또한, 게이트 부시(100)에 주위를 에워싸인 게이트(56)에 유동 가능하게 끼워져 있는 밸브(61)의 핀(61a) 선단부의 하면도 대략 평면이다.
하지만, 게이트 부시(100)의 하면이 평면이면, 주면(主面)에 있어서 광학적으로 유효한 범위가 원형으로 형성되어 있는 렌즈(도 3 참조)를 작성하는 경우, 이 주면의 외형부분으로서 게이트 부시(100) 및 핀(61a)과 접하는 부분에는 직선부분이 형성되어 버린다. 또한, 핀(61a) 선단부의 하면이 평면이면, 이 부분에는 볼록부가 형성되어 버린다. 따라서, 주면의 외형이 원형을 가지는 성형품(렌즈)을 성형할 수 없다.
이 문제를 해결하는 방법으로서, 예컨대, 핀(61a) 선단부의 형상을, 성형품 주면의 외형형상에 맞춰서 형성하는 것을 생각할 수 있지만, 이를 위한 가공은 용이하지 않다. 또한, 가령 형성할 수 있었다고 하더라도, 밸브(61)가 회전하면, 그 핀(61a)의 정확한 위치결정을 행하는 것은 곤란하다.
그래서, 본 발명의 실시예에서는, 도 9에 나타낸 구조를 게이트 부시(100)에 가지도록 함으로써, 주면의 외형이 원형을 가지는 성형품(렌즈)을 성형하는 것을 가능하게 하고 있다. 여기서, 도 9는, 주면의 외형이 원형을 가지는 성형품을 성형하기 위한 게이트 부시의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2의 요부인 A-A 단면을 나타낸다. 도 9에 나타낸 단면에 있어서, 캐비티(52)는, 게이트 부시(100)와, 핀(61a)과, 가동금형(21A) 또는 도시를 생략하는 고정금형(21B)과, 코어(core)인 중간체(21Aa)에 의하여 형성되어 있다.
도 9(A)는, 외형에 직선부분을 가진 대략 D형 형상을 가지고, 광학적으로 유효한 범위(유효면)가 원형으로 형성되어 있는 렌즈(50)에 있어서, 렌즈(50)의 외경(R1)에 대하여 그 광학 유효직경(R2)이 작은 경우를 나타낸다.
이 경우, 게이트 부시(100)의 하면은 평면이므로, 게이트 부시(100)의 가공을 용이하게 행할 수 있을 뿐만 아니라, 핀(61a) 선단부의 형상도 평탄하게 형성할 수 있다. 또한, 렌즈(50)의 외형부분으로서 게이트 부시(100) 및 핀(61a)과 접하는 부분에 직선부분을 크게 형성할 수 있다.
도 9(B) 및 도 9(C)는, 광학적으로 유효한 범위(유효면)가 원형으로 형성되어 있는 렌즈(50)에 있어서, 렌즈(50)의 외경(R1)에 대하여 그 광학 유효직경(R2)이 작긴 하지만, 도 9(A)에 나타낸 경우에 비하여 광학 유효직경(R2)이 렌즈(50)의 외경(R1)에 근사한 값을 가지는 경우를 나타낸다.
이 경우도, 도 9(A)에 나타낸 경우와 마찬가지로, 게이트 부시(100)의 하면은 평면이므로, 게이트 부시(100)의 가공을 용이하게 행할 수 있을 뿐만 아니라, 핀(61a) 선단부의 형상도 평탄하게 형성할 수 있다. 더욱이, 광학 유효직경(R2)이 보다 큰 렌즈의 성형이 가능해진다.
그러나, 도 9(A)에 나타낸 바와 같은 직선부분을 형성한 상태에서, 광학 유효직경(R2)을 크게 하고자 하면, 도 9(C)에 있어서 α로 나타낸 가동금형(21A)의 단부가 예각(샤프 에지; sharp edge)이 되어 버린다. 그 결과, 그 샤프 에지가 되는 부분에 있어서 금형이 파손되기 쉽고, 또한, 가공도 곤란하게 된다.
따라서, 도 9(D1)에 나타낸 바와 같이, 게이트 부시(100) 하면의 일부를, 평탄면이 아니라, 성형품의 형상에 대응한 형상으로 하여도 좋다. 구체적으로는, 도 9(D2)에 나타낸 바와 같이, 게이트 부시(100)의 캐비티 면을 구성하는 면을, 중간체(21Aa)의 형상에 대응한 소정의 곡률을 가지도록 형성하고, 또한, 게이트 부시(100)의 캐비티 면은, 중간체(21Aa)의 외형과 0 내지 0.1㎜ 정도의 간극을 가진다. 여기서, 이 간극이 크면 성형품에 버(burr)가 발생하여 버리므로, 게이트 부시(100)와 중간체(21Aa)의 간극은 작은 쪽이 바람직하다.
바람직하게는, 게이트 부시(100)의 캐비티 면은, 렌즈의 외경(R1)과 대략 동일하고, 렌즈의 광학 유효직경(R2)보다도 큰 직경(R3)으로 형성된다. 즉, R2＜R3＝R1이 되도록 R3을 설정하여 형성함으로써, 샤프 에지의 형성을 하지 않고, 광학 유효직경(R2)을 성형품의 형상에 대하여 충분히 크게 할 수 있다. 또한, 게이트 부시(100)의 캐비티 면은, 반드시, 렌즈(50)에 대하여는, 렌즈의 외경(R1)과 완전히 동일하지 않아도 좋고, 대략 동일하면, 약간 커도 작아도 좋다.
즉, 캐비티(52)의 일부를 구성하는 게이트 부시(100) 하면의 일부가, 중간체(21Aa)의 형상에 대응한 소정의 곡률을 가지도록 그 하면을 형성함으로써, 주면의 외형이 원형을 가지는 성형품을 성형할 수 있다. 특히, 광학 유효직경(R2)이 렌즈(50)의 외경(R1)에 근사한 값을 가지는 경우에도 대응할 수 있고, 따라서, 광학 유효직경(R2)이 보다 큰 렌즈의 성형이 가능하게 된다.
다만, 도 9(D2)에 있어서, 게이트 부시(100) 하면의 캐비티 면은, 중간체(21Aa)의 외형과 0 내지 0.1㎜ 정도의 간극을 가지도록 구성되어 있는데, 도 9(A) 내지 도 9(C)에 나타낸 구성에 있어서도, 게이트 부시(100) 하면의 캐비티 면은, 중간체(21Aa)의 외형과 0 내지 0.1㎜ 정도의 간극을 가지도록 구성해도 좋다. 여기서, 도 9(A) 내지 도 9(C))에 나타낸 예에서는, 중간체(21Aa)의 형상은, 성형품과 대응하도록 게이트 부시(100)와 대응하는 부분은 직선적으로 형성된다.
다만, 이 예의 경우, 상기 실시예와 마찬가지로, 상기 핀(61a)의 위치는, 캐비티(52)의 일부를 구성하는 게이트 부시(100)의 곡면의 꼭대기부로부터 캐비티(52) 측으로 돌출하는데, 렌즈의 광학적으로 유효한 범위(광학 유효직경(R2)으로 구획되는 범위)에까지 도달하지 않는 위치에서 정지하도록 제어된다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명은 특정한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있 어서, 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
예컨대, 상술한 실시예에서는, 게이트 차단용 핀은, 금형장치의 개폐방향에 수직한 방향으로 이동하고 있는 예를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대, 게이트 차단용 핀이 금형장치의 개폐방향에 평행한 방향으로 이동하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다.
본 국제출원은, 2005년 3월 3일에 출원한 일본국 특허출원 2005-059354호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 상기 일본국 특허출원 2005-059354호의 전체 내용이 국제출원에 원용된다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 의한 사출성형을 행하는 사출성형기의 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시예에 의한 금형장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 성형품의 일례로서의 볼록렌즈를 나타낸 도면이다.
도 4는, 2단(段) 실린더에 의한 게이트 밸브의 위치제어에 있어서의 밸브의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 도 4에 나타낸 밸브위치와 성형품의 위치관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명에 의한 금형장치에서 성형되는 성형품의 일례인 오목렌즈를 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명에 의한 금형장치에서 성형되는 성형품의 일례인 사각형의 오목렌즈를 나타낸 도면이다.
도 8은, 본 발명에 의한 금형장치에서 성형되는 성형품의 일례인 프리즘을 나타낸 도면이다.
도 9는, 주면(主面)의 외형이 원형(圓形)을 가지는 성형품을 성형하기 위한 게이트 부시의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
21A : 가동(可動)금형
21B : 고정(固定)금형
23 : 금형장치
50 : 볼록렌즈
52 : 캐비티
53 : 러너
55 : 게이트 통로
56 : 게이트
60 : 게이트 밸브 기구
61 : 밸브
61a : 핀
62 : 구동기구(에어실린더)
63 : 피스톤
65 : 에어실린더
66 : 피스톤

Claims (4)

  1. 광을 투과시키는 유효부분과 이 유효부분의 외주(外周)에 마련된 외주부분을 가지는 광학부품을 성형하는 수지성형방법으로서,
    가동금형 및 고정금형 중 어느 한쪽에 설치된 게이트 밸브 기구의 게이트 차단용 핀을, 금형장치의 형 개폐방향과 수평인 방향으로 후퇴시키고, 상기 금형장치의 캐비티 내에 수지를 충전하고,
    이 게이트 차단용 핀을, 상기 금형장치의 형 개폐방향과 수평인 방향으로 전진시켜서 정지하고,
    이 캐비티 내의 수지를 냉각하여 고화시키고,
    상기 핀을 금형장치의 형 개폐방향과 수평인 방향으로 후퇴시켜서 이 광학부품의 이 외주면보다 외측까지 이동하고,
    상기 금형장치를 열어서 상기 광학부품을 꺼내는 것을 특징으로 하는 수지성형방법.
  2. 광을 투과시키는 유효부분과 이 유효부분의 외주에 마련된 외주부분을 가지는 광학부품을 사출성형하기 위한 금형장치로서,
    닫혔을 때에 이 광학부품의 외형을 구획 형성하는 캐비티를 형성하는 가동금형 및 고정금형과,
    상기 고정금형의 분리면에서 개구(開口)하는 게이트와,
    상기 가공금형 및 상기 고정금형 중 어느 한쪽에 설치된 게이트 밸브 기구로서, 상기 게이트 내에서 이 금형장치의 형 개폐방향과 수평인 방향으로 이동가능하며, 이 게이트를 개방 및 차단하는 핀을 가지는 게이트 밸브 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 금형장치.
  3. 유효부분과 이 유효부분의 외주에 마련된 외주부분을 가지는 성형품을 사출성형하기 위한 금형장치로서,
    금형이 닫혔을 때에 이 성형품의 유효면을 형성하는 코어와,
    이 고정금형의 분리면에서 개구하는 게이트와,
    이 게이트 내에서 이동 가능하며, 이 게이트를 개방 및 차단하는 핀과,
    상기 게이트의 주위에 마련되고, 상기 게이트의 선단을 지지하는 게이트 부시를 가지고,
    상기 캐비티의 일부를 구성하는 상기 게이트 부시의 캐비티 면의 적어도 일부가, 상기 코어의 형상에 대응한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 금형장치.
  4. 금형장치에 마련되고, 내부에 게이트를 개방 및 차단하는 핀을 이동 가능하게 구비한 상기 게이트의 선단을 지지하는 게이트 부시로서,
    상기 금형장치의 내부에 형성된 캐비티의 일부를 구성하는 상기 게이트 부시의 캐비티 면의 적어도 일부가, 상기 금형장치를 이용하여 사출성형되는 성형품의 유효면을 형성하는 코어의 형상에 대응한 형상을 가지는 곡면인 것을 특징으로 하 는 게이트 부시.
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