KR20080067651A

KR20080067651A - 광학 소자의 성형 방법 및 성형 장치

Info

Publication number: KR20080067651A
Application number: KR1020087011366A
Authority: KR
Inventors: 신지 다나카; 도시히토 가미오카
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2008-07-21
Also published as: WO2007055360A1; JP2007131501A; US20080303179A1; CN101304953A

Abstract

성형되는 광학 소자의 형상 또는 광학 성능에 따른 대칭인 온도 분포에서, 금형 내의 소재를 가열 또는 냉각시킬 수 있는 광학 소자의 성형 방법 및 성형 장치를 제공한다. 상형, 하형 및 동체형으로 이루어지는 금형에 대해, 가열, 가압 성형 및 냉각의 각 공정이 실시되는 광학 소자의 성형 방법에 있어서, 가열, 가압 성형 및 냉각 중 적어도 어느 하나의 공정에서, 거의 대칭인 온도 분포를 갖는 금형 받침대 (열 전달 부재) 와 금형을 접촉시켜 금형을 가열 또는 냉각시킨다.

Description

광학 소자의 성형 방법 및 성형 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MOLDING OPTICAL ELEMENT}

본 발명은, 광학 기기에 사용되는 고정밀도의 유리 렌즈 등의 광학 소자를 가압 성형하는 성형 방법 및 성형 장치에 관한 것이다.

종래부터, 가열하여 연화시킨 유리 소재를 가압 성형하여, 유리 렌즈로 이루어지는 광학 소자를 제조하는 성형 방법이 널리 실시되고 있다. 즉, 예를 들어 구상으로 예비 성형한 유리 소재를, 상형, 하형, 동체형으로 구성된 금형 내에 세팅하고, 가열 공정에 의해 500 ∼ 600℃ 정도로 가열하여 유리 소재를 연화시킨 후, 가압하여 렌즈 제품으로 성형하고, 냉각시켜 제품을 꺼낸다. 이들 각 공정은, 특히 가열한 금형의 산화를 방지하기 위하여, 산소가 들어가지 않는 비산화성 분위기를 유지한 챔버 안에서 실시되고, 금형 내의 유리 소재를, 일직선상 또는 원환상의 반송로 상에 배치된 가열, 가압 성형, 냉각의 각 공정으로 순차 반송한다.

광학 기기에서 사용되는 유리 렌즈는, 예를 들어 볼록 렌즈나 오목 렌즈, 메니스커스 렌즈 등이며, 통상, 광학적으로 대칭인 형상을 갖고 또한 대칭인 특성을 갖고 있다. 최근, 광학 기기에 사용되는 이들 렌즈에는, 매우 고정밀도의 성능이 요구되고 있다.

유리 렌즈를 성형할 때의 가열에 사용되는 열원으로서, 블록 히터나 터널 히터가 알려져 있다. 그런데, 이들은, 열원이, 성형되는 유리 렌즈에 대해 대칭인 온도 분포를 갖지 않거나, 또는 열원의 피크 온도의 중심과 성형되는 유리 렌즈의 광축이 반드시 일치하고 있지 않다. 그 때문에, 금형을 개재하여 유리 소재에 전해지는 온도 분포가 비대칭이 되어, 대칭인 형상 및 특성의 렌즈에 대해 충분한 정밀도로 성형할 수 없는 경우가 있다.

열원의 온도 분포가 비대칭인 경우, 그 영향을 줄이기 위하여, 금형을 크게 하는 방법이 있다. 그런데, 금형을 크게 하면 열 용량이 증대되기 때문에, 불필요한 열량을 필요로 함과 함께 가열 및 냉각에 필요로 하는 시간이 길어져, 생산성이 저하된다.

또, 종래부터 실시되고 있는 가열 및 냉각 방법으로는, 접촉 열 전달에 의한 것과, 복사 가열 등과 같은 비접촉 열 전달에 의한 것이 있다.

접촉 열 전달에 의해 가열하는 성형 방법으로서, 예를 들어 특허 문헌 1 에, 복수의 원주상 카트리지 히터를 구비한 블록을 금형에 접촉시키는 방법이 실시예로서 개시되어 있다. 유리 소재를 연화시키는 500 ∼ 600℃ 정도의 가열에 있어서, 접촉 열 전달 방식은 효율적으로 가열할 수 있다. 그런데, 특허 문헌 1 의 경우에는, 열원이, 성형되는 광학 소자와 동심의 대칭으로는 되어 있지 않다.

또, 복사 가열을 이용한 열원을 사용한 성형 방법으로서, 특허 문헌 2 에, 터널상의 벽면에 히터를 배치한 것이, 특허 문헌 3 에는, 금형의 주위에 대략 고리형으로 램프 히터를 배치한 집광 가열인 것이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 4 에는, 코일을 사용한 유도 가열을 사용한 성형 방법이 개시되어 있다.

그러나, 복사 가열이나 유도 가열에 의한 가열 방법은 전열 효율이 나쁘다. 게다가, 대칭인 온도 분포를 얻는 것이 곤란하고, 공간을 개재하여 금형의 가열을 실시하기 때문에, 금형과 열원의 중심을 맞추는 것이 곤란하다. 또, 이들 방법은, 열원에 필요로 하는 장치가 고가로, 비용이 비싸진다.

특허 문헌 5 에는, 유리 소자를 대칭으로 가열하기 위한 방법으로서, 고브 팬을 사용한 성형 방법에 있어서의 가열 방법이 개시되어 있다. 그런데, 이 방법에서는 열원 자체가 대칭은 아니기 때문에, 고브 팬의 크기 등에 따라서는, 반드시 유리를 대칭으로 가열할 수 없다. 또, 이 방법은, 소재 또는 성형품을 반송하는 고브 팬을 가열하는 것으로서, 금형을 대칭으로 가열하는 것은 아니며, 금형 내에 세팅된 소재 또는 성형품이 대칭으로 가열되는 것은 아니다. 게다가, 고브 팬을 사용하는 성형 방법에 한정되기 때문에, 고브 팬을 사용하지 않고 소재를 금형과 함께 반송하는 성형 방법에는 적용할 수 없다.

한편, 냉각시에 성형품을 균일하게 냉각시키는 방법이, 예를 들어 특허 문헌 6 에 개시되어 있다. 예를 들어 볼록 렌즈와 같이 중앙부가 두꺼운 렌즈를 성형하는 경우, 금형 전체를 동일한 조건으로 냉각시키면, 렌즈 외주부의 얇은 부분이 빨리 차가워져 중앙부와 온도차가 발생하고, 특히 유리 전이 온도 통과시에 성형품 내에 온도 분포가 발생함으로써 불균일한 품질의 렌즈가 성형된다. 특허 문헌 6 은, 그것을 방지하는 것을 목적으로 하는 것으로, 동심원 방향으로 온도 분포를 형성한 가열 수단과 강약 가열을 조합하여 가열 제어를 실시함으로써, 냉각 속도를 느리고, 균일하게 하는 방법이다. 이것은, 렌즈 전체를 일정 속도로 냉각시키는 방법인데, 냉각 속도를 느리게 하고 있기 때문에, 생산성이 나쁘다.

특허 문헌 7 에는, 광축 대칭인 굴절률 분포를 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서, 금형의 외주 또는 중심으로부터 윤대상 (輪帶狀) 으로 균등하게 냉각시키면서 가압 성형하는 방법이 개시되어 있다. 그런데, 이 방법에서는, 냉각 기점이 윤대상 냉각부에 한정되기 때문에, 금형 또는 광학 소자의 전체에 걸친 온도 분포를, 반드시 바람직한 상태로 유지할 수 없다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평5-17170호

특허 문헌 2 : 일본 특허공고공보 평3-55417호

특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 평5-186230호

특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 소63-170225호

특허 문헌 5 : 일본 공개특허공보 평7-247126호

특허 문헌 6 : 일본 공개특허공보 2001-328829호

특허 문헌 7 : 일본 공개특허공보 2002-193627호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은, 상기 종래 기술을 고려하여 이루어진 것으로, 성형되는 광학 소자의 형상 또는 광학 성능에 따른 대칭인 온도 분포에서, 금형 내의 소재를 가열 또는 냉각시킬 수 있는 광학 소자의 성형 방법 및 성형 장치의 제공을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 이하의 광학 소자의 성형 방법 및 성형 장치를 제공한다.

(1) 상형, 하형 및 동체형으로 이루어지는 금형에 대해, 가열, 가압 성형 및 냉각의 각 공정이 실시되는 광학 소자의 성형 방법에 있어서, 상기 가열, 가압 성형 및 냉각 중 적어도 어느 하나의 공정에서, 거의 대칭인 온도 분포를 갖는 열 전달 부재와 상기 금형을 접촉시켜 상기 금형을 가열 또는 냉각시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 성형 방법.

(2) 상기 온도 분포가 축 대칭이고, 대칭의 중심축이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 광축과 거의 일치하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 성형 방법.

(3) 상기 온도 분포가 점 대칭이고, 대칭의 중심점이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 광축 상의 점과 거의 일치하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 성형 방법.

(4) 상기 온도 분포가 선 대칭이고, 대칭의 중심선이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 중심선과 거의 일치하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 성형 방법.

(5) 상기 온도 분포가 면 대칭이고, 대칭의 중심면이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 중심면과 거의 일치하는 상기 (1) 에 기재된 광학 소자의 성형 방법.

(6) 상기 금형 및 상기 열 전달 부재끼리는, 서로 걸어맞춰지는 볼록부 및 오목부로 이루어지는 걸어맞춤부의 일방을 상기 금형, 타방을 상기 열 전달 부재에 형성하고, 그 걸어맞춤부를 개재하여 결합되고, 상기 걸어맞춤부의 볼록부 및 오목부의 적어도 일방에 테이퍼상의 가이드면이 형성되고, 상기 걸어맞춤부를 그 가이드면을 따라 걸어맞춤으로써 위치 결정하는 상기 (1) ∼ (5) 중 어느 하나에 기재된 광학 소자의 성형 방법.

(7) 상기 볼록부 및 오목부에 동일한 기울기의 테이퍼상 가이드면이 형성되고, 그 가이드면끼리가 면접촉된 상태에서 끼워맞춰지는 상기 (6) 에 기재된 광학 소자의 성형 방법.

(8) 금형을 가열 또는 냉각시키기 위한 열원을 갖고, 그 열원으로부터의 열에 의해 상기 금형에 거의 대칭인 온도 분포를 형성하는 상기 (1) ∼ (7) 중 어느 하나에 기재된 광학 소자의 성형 방법을 실시하기 위한 성형 장치.

(9) 상기 열원으로부터의 열을 상기 금형에 전달하는 열 전달 부재를 갖는 상기 (8) 에 기재된 광학 소자의 성형 장치.

(10) 상기 열 전달 부재는, 상기 열원 자체로 구성되어 있는 상기 (9) 에 기재된 광학 소자의 성형 장치.

(11) 상기 열 전달 부재는, 금형 받침대로 이루어지고, 상기 금형 및 금형 받침대의 일방에 볼록부를 일체로 형성하고, 타방에 그 볼록부에 끼워맞춰지는 오목부가 형성되어 있는 상기 (9) 에 기재된 광학 소자의 성형 장치.

(12) 상기 열 전달 부재는, 상기 열원 및 금형 받침대 사이에 장착된 이들과 별체인 전열부재로 이루어지고, 상기 금형과 상기 전열부재는, 서로 축심을 맞춰 결합되어 있는 상기 (9) 에 기재된 광학 소자의 성형 장치.

(13) 상기 열 전달 부재의 중앙에 상기 열원이 삽입 통과 가능한 통과공이 형성되어 있는 상기 (11) 또는 (12) 에 기재된 광학 소자의 성형 장치.

발명의 효과

본 발명의 성형 방법에 의하면, 열원으로부터의 열을 금형에 전달하는 열 전달 부재의 온도 분포가 대칭 또는 거의 대칭에 가깝기 때문에, 금형을 거의 대칭으로 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 게다가, 열 전달 부재를 금형에 접촉시키기 때문에, 효율적으로 열 전달을 실시할 수 있는 데다, 정확한 위치 맞춤을 용이하게 실시할 수 있다. 따라서, 고정밀도의 대칭 형상이 얻어짐과 함께, 고정밀도의 광학 특성을 갖는 광학 소자를 높은 생산성으로 성형할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 온도 분포가 축 대칭이고, 대칭의 중심축이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 광축에 거의 일치하므로, 성형되는 광학 소자가 축 대칭인 형상 또는 축 대칭인 광학 특성을 갖는 경우에, 광학 소자에 맞춰 축 대칭으로 가열 또는 냉각시킬 수 있어, 성형 정밀도 및 광학 특성이 향상됨과 함께, 생산성이 대폭 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 온도 분포가 점 대칭이고, 대칭의 중심점이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 광축 상의 점과 거의 일치하므로, 성형되는 광학 소자가 점 대칭인 형상 또는 점 대칭인 광학 특성을 갖는 경우에, 광학 소자에 맞춰 점 대칭으로 가열 또는 냉각시킬 수 있어, 성형 정밀도 및 광학 특성이 향상됨과 함께, 생산성이 대폭 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 온도 분포가 선 대칭이고, 대칭의 중심선이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 중심선과 거의 일치하므로, 성형되는 광학 소자가 선 대칭인 형상 또는 선 대칭인 광학 특성을 갖는 경우에, 광학 소자에 맞춰 선 대칭으로 가열 또는 냉각시킬 수 있어, 성형 정밀도 및 광학 특성이 향상됨과 함께, 생산성이 대폭 향상된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 온도 분포가 면 대칭이고, 대칭의 중심면이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 중심면과 거의 일치하므로, 성형되는 광학 소자가 면 대칭인 형상 또는 면 대칭인 광학 특성을 갖는 경우에, 광학 소자에 맞춰 면 대칭으로 가열 또는 냉각시킬 수 있어, 성형 정밀도 및 광학 특성이 향상됨과 함께, 생산성이 대폭 향상된다.

또, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 서로 걸어맞춰지는 볼록부 및 오목부에 의해 금형이 위치 결정되므로, 금형에 의해 성형되는 성형품과 열 전달 부재의 대칭의 중심축, 중심점, 중심선, 또는 중심면을 일치시키는 것이 용이해져, 고정밀도의 광학 소자의 생산성이 향상된다.

본 발명의 성형 장치에 의하면, 금형과 열 전달 부재가 테이퍼상의 가이드면 전체 또는 부분적으로 접촉하기 때문에, 가이드면이, 위치 결정용으로서 용이하게 중심을 일치시킬 뿐만 아니라, 전열을 위한 접촉부가 되어, 접촉 면적이 커진다. 따라서, 가열 또는 냉각시의 전열 효율이 향상되어, 생산성이 높아진다. 이 경우, 부분적으로 비접촉부 (예를 들어 슬릿) 를 형성함으로써, 양자간의 열 팽창률의 차이에 의한 열 응력을 흡수할 수 있다. 또, 비접촉부의 위치나 크기를 바꿈으로써, 전열량이나 위치를 바꾸어 온도 분포를 변화시킬 수 있다.

본 발명의 성형 장치에서는, 금형을 가열 또는 냉각시키기 위한 열원을 갖고, 그 열원으로부터의 열에 의해, 금형에 대해 대칭 또는 거의 대칭에 가까운 온도 분포를 형성시킴으로써, 본 발명의 성형 방법을 확실하게 실시할 수 있어 적당한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 성형 장치에서는, 상기 열원으로부터의 열을 상기 금형에 전달하는 열 전달 부재를 갖고 있으므로, 열 전달 부재를 개재하여 금형에 대칭인 온도 분포를 형성시킬 수 있고, 열 전달 부재를 조정하여 온도 분포나 열 전달 특성을 바꿀 수 있다.

본 발명의 바람직한 성형 장치에서는, 상기 열 전달 부재를 상기 열원 자체로 구성함으로써, 열원 자체를 직접 금형에 접촉시켜 열 전달할 수 있게 되고, 이로써 전열 효율이 향상된다.

본 발명의 바람직한 성형 장치에서는, 금형을 지지하는 금형 받침대에 볼록부 (또는 오목부) 를 일체로 형성하고, 이것에 끼워맞춰지는 오목부 (또는 볼록부) 를 금형에 형성함으로써, 금형에 접촉하는 금형 받침대로부터 금형에 대해 확실하게 열 전달됨과 함께 대칭의 위치 맞춤을 확실하게 할 수 있어 성형 처리 중에 대칭 위치가 안정적으로 유지된다.

본 발명의 바람직한 성형 장치에서는, 열 전달 부재로서 별체의 전열부재를 형성하고, 이 전열부재를 금형과 일체화시킴으로써, 금형과 전열부재를 미리 정확하게 위치 맞춤할 수 있다. 즉, 가열 또는 냉각시의 대칭의 중심을 용이하고 또한 정확하게 일치시킬 수 있다. 또, 성형되는 광학 소자의 형상이나 특성이 변경된 경우에는, 금형 전체의 외형을 변경하지 않고, 전열부재의 형상을 변경함으로써, 광학 소자에 따른 가열 또는 냉각을 실시할 수 있도록 자유롭게 조정할 수 있다. 이로써, 금형 받침대 및 열원을 바꾸지 않고, 각종 형상이나 온도 분포를 갖는 전열부재와 일체된 금형을 모듈화하고, 동일한 금형 받침대 및 열원을 사용하여, 상이한 렌즈를 성형할 수 있다.

본 발명의 바람직한 성형 장치에서는, 통과공을 통과시켜 열원을 상하 이동할 수 있기 때문에, 동일한 전열부재 혹은 금형 받침대를 사용하여, 가열시와 냉각시의 열원의 선단 위치를 바꿈으로써, 예를 들어 가열시에는 금형의 주변부로부터 가열하고 냉각시에는 중앙부를 집중하여 냉각시키거나, 혹은 그 반대의 가열 및 냉각을 실시하는 등, 자유롭게 가열 및 냉각 방법을 조정할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 가열시의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2 는 도 1 의 전열 부재의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.

도 3 은 본 발명의 가열시의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 4 는 도 3 의 전열 부재의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.

도 5 는 본 발명의 가열시의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 6 은 본 발명의 가열시의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 7 은 본 발명의 냉각시의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 8 은 본 발명의 냉각시의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 9 는 본 발명의 걸어맞춤부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 10 은 본 발명의 걸어맞춤부의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.

도 11 은 본 발명의 걸어맞춤부의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.

도 12 는 본 발명의 걸어맞춤부의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.

도 13 은 본 발명의 금형과 전열 부재가 일체화된 실시예를 나타내는 도면이다.

도 14 는 도 13 의 전열 부재를 나타내는 도면이다.

도 15 는 본 발명의 금형과 전열 부재가 일체화된 기타의 실시예를 나타내는 종단면도이다.

도 16 은 본 발명의 금형과 전열 부재가 일체화된 기타의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

부호의 설명

2 : 가열용 열원,

3, 3a, 3b, 3c, 3d : 금형 받침대,

4 : 가열 블록,

4a : 가열 블록,

5 : 금형,

6 : 유리 소재,

7 : 냉각용 열원,

8 : 성형품,

9, 9a, 9b : 전열부재,

10 : 반송구,

11 : 스프링,

12 : 금형 받침대,

20 : 열원

21, 22 : 가열용 열원,

23, 24, 25, 26, 27 : 가열용 보조 열원,

30 : 걸어맞춤부,

31, 32, 34, 35 : 볼록부,

33 : 오목부,

39 : 가이드면,

51 : 상형,

52 : 하형,

53 : 동체형,

54 : 홈부,

55, 55a, 55b, 55c : 오목부,

56 : 플랜지,

57 : 걸림부,

58 : 오목부,

59 : 가이드면,

71 : 냉각용 보조 열원,

91 : 볼록부,

92 : 걸어맞춤부,

93 : 슬릿,

94 : 하부 통과공,

95 : 상부 통과공,

96 : 노치부.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에 관련된 유리 렌즈 등의 광학 소자를 성형하는 성형 장치는, 밀폐된 챔버 내에 수용되고, 금형 등의 산화를 방지하기 위해, 챔버 내는 비산화성 분위기, 예를 들어 질소 등의 불활성 가스를 충전한 질소 분위기로 유지된다. 챔버 내에서 금형이 반송되고, 가열, 가압 성형, 냉각의 각각의 공정이 실시된다. 가열 공정에서는, 유리 소재가 연화되어 가압에 의한 성형이 가능한 온도까지 금형을 가열한다. 가압 성형 공정에서는, 가열된 유리 소재의 온도가 내려가지 않도록 필요에 따라 가열을 계속하면서 가압하여, 소정 치수의 제품을 성형한다. 냉각 공정에서는, 성형품의 품질이 안정되는 적온까지 성형품을 냉각시킨다. 본 발명은, 이들의 가열, 가압 성형, 냉각 중 적어도 어느 하나의 공정에 있어서 실시된다.

도 1 은 본 발명의 실시예를 나타내고, 상기의 가열 공정 또는 가압 성형 공정에 있어서의 가열 방법의 예를 나타낸다. (A) 는 종단면도이고, (B) 는 가열 블록의 평면도이다.

금형 (5) 은, 통상의 동체형 (53) 과, 그 동체형 (53) 내에 끼워넣어지는 하형 (52) 과, 동체형 (53) 내부를 슬라이딩 가능한 상형 (51) 으로 이루어진다. 상형 (51) 의 하면 및 하형 (52) 의 상면이 성형면이고, 그 사이에 소재 (6) 를 배치하여 가압하고, 광학 소자를 성형한다. 동체형 (53) 의 외주에는, 플랜지 (56) 가 형성되어 있다. 동체형 (53) 의 하단에는 내측에 돌출된 걸림부 (57) 가 형성되고, 하형 (52) 의 하단에 형성된 홈부 (54) 와 걸림부 (57) 가 걸어맞춰짐으로써, 동체형 (53) 이 반송구 (10) 에 들어 올려졌을 때에, 하형 (52) 이 미끄러져 떨어지지 않고 유지되어 동체형 (53) 과 함께 들어 올려진다. (A) 는, 금형 (5) 이 반송구 (10) 에 의해 들어 올려진 상태를 나타내고 있다.

금형 (5) 은, 상형 (51) 및 하형 (52) 의 상면 및 하면 각각에 접하여 이들을 수용하여 유지하는 상하의 금형 받침대 (3,3) 사이에 개재된 상태에서, 가열, 가압 성형 및 냉각 공정이 실시된다.

하형 (52) 의 하면 중앙 및 상형 (51) 의 상면 중앙에는, 각각 오목부 (55) 가 형성된다. 오목부 (55) 는, 금형 (5) 의 상하 각각에 맞닿는 금형 받침대 (3) 에 형성된 금형 받침대 (3) 와 일체된 볼록부 (31) 에 끼워맞춰진다. 이들의 서로 끼워맞춰지는 오목부 (55) 및 볼록부 (31) 가 금형 (5) 과 금형 받침대 (3) 의 걸어맞춤부 (30) 가 된다. 금형 (5) 의 반송시에 어긋남이 발생해도, 확실하게 오목부 (55) 가 볼록부 (31) 에 끼워맞춰지도록, 볼록부 (31) 는, 선단으로부터 기단측을 향하여 직경이 커지는 테이퍼상의 가이드면 (39) 을 갖고, 이 가이드면 (39) 에 가이드되어, 상형 (51) 및 하형 (52) 이 볼록부 (31) 에 끼워맞춰진다. 또, 오목부 (55) 에도, 볼록부 (31) 와 동일한 경사의 테이퍼상 가이드면 (59) 이 형성된다. 이로써, 상형 (51) 및 하형 (52) 은, 금형 받침대 (3) 와 축심이 맞춰져 정확하게 위치 결정된다. 또, 볼록부 (31) 가 오목부 (55) 에 끼워맞춰져 서로의 가이드면 (39, 59) 끼리가 접촉함으로써, 열원 (2) 으로부터의 열을, 가이드면 (39, 59) 을 통하여 상형 (51) 및 하형 (52) 의 내부로 전열한다. 또한, 테이퍼상 가이드면은, 볼록부 (31) 또는 오목부 (55) 의 어느 일방에만 형성되어도 상관없다.

상하의 금형 받침대 (3) 의 상측 및 하측에, 원주상의 가열 블록 (4) 이 배치되고, 각 가열 블록 (4) 의 중앙에, 도 1(B) 에 나타내는 바와 같이 단면이 원형인 카트리지 히터로 이루어지는 가열용 열원 (2) 이 배치된다. 이 경우, 열원 (2) 은 원주상의 가열 블록 (4) 의 중심축에 대해 축 대칭이 됨과 함께, 열원 (2) 의 중심축과 금형 (5) 의 중심축이 실질적으로 일치한다.

이 실시예에서는, 열원 (2) 으로부터의 열은, 볼록부 (31) 가 일체 형성된 금형 받침대 (3) 를 통하여, 금형 (5) 에 전달되고, 금형 (5) 에 축 대칭 온도 분포가 형성된다. 즉, 이 예에서는, 금형 받침대 (3) 및 이것과 일체된 볼록부 (31) 가 본 발명에 있어서의 열 전달 부재를 구성한다.

도 2 는 도 1 의 열원 (2) 을 사용한 경우의 금형 받침대 (3) 의 온도 분포 를 나타낸다. 열원 (2) 의 열을 받는 금형 받침대 (3) 는, 금형 (5) 의 중심축과 동축의 축 대칭 혹은 매우 축 대칭에 가까운 온도 분포를 갖는다. 따라서, 소재 (6) 는, 금형 (5) 에 의해 성형되는 성형품의 중심축에 대해 축 대칭으로 가열된다. 또, 열원 (2) 의 위치에 가까운 중심부가 고온이고, 외주를 향해 완만하게 온도가 내려간다. 예를 들어 볼록 렌즈를 성형하는 경우, 렌즈의 중앙부가 두껍고 단부가 얇아지기 때문에, 이와 같이 중심부가 고온이 되는 가열 방법으로 함으로써, 소재 (6) 내에 있어서의 온도차가 적고 균일한 상태로 가열된다.

도 3 은 본 발명의 가열시의 다른 실시예를 나타낸다. (A) 는 종단면도이고, (B) 는 가열 블록의 평면도이다.

금형 (5), 금형 받침대 (3) 및 원주상의 가열 블록 (4) 의 구성은 도 1 과 동일하다. (B) 에 나타내는 바와 같이, 원환상의 히터로 이루어지는 가열용 열원 (21) 이 동심원상으로 2 개 형성된다. 이 경우에도, 열원 (21) 은, 금형 (5) 의 중심축에 대해 축 대칭이다. 또한, 통상적으로는, 금형 (5) 의 상하 양측에 동일한 가열 수단을 구비하는데, 도 3 에서는 상측 금형 받침대 (3) 의 열원 (21) 의 도시를 생략하고 있다. 이하에 설명하는 실시예를 나타내는 도면에 대해서도, 마찬가지로 상측의 열원을 생략한다.

도 4 는 도 3 의 열원 (21) 을 사용한 경우의 금형 받침대 (3) 의 온도 분포를 나타낸다. 열원 (21) 의 열을 받는 금형 받침대 (3) 는, 금형 (5) 의 중심축과 동축의 축 대칭 혹은 매우 축 대칭에 가까운 온도 분포를 갖는다. 따라서, 소재 (6) 는, 금형 (5) 에 의해 성형되는 성형품의 중심축에 대해 축 대칭으로 가열된다. 이 예에서는, 열원 (21) 이 배치되어 있는 위치가 고온이 되고, 중앙은 약간 저온이 된다. 열원 (21) 의 크기나 배치에 기초하는 온도 분포는, 렌즈 형상이나 특성에 맞춰 적절히 설정할 수 있다. 금형 (5) 의 치수가 커, 도 1 과 같이 중앙에 배치된 열원 (2) 만으로는 금형 (5) 전체가 가열되기 어려운 경우에는, 이와 같은 열원 (21) 을 사용하는 것이 바람직하다.

도 5 는 본 발명의 가열시의 또 다른 실시예를 나타낸다. (A) 는 종단면도이고, (B) 는 가열 블록의 평면도이다. 금형 (5) 및 금형 받침대 (3) 의 구성은 도 1 과 동일하다.

공동 (空洞) 을 갖는 원통상 가열 블록 (4a) 내의 중앙에 단면이 원형인 카트리지 히터로 이루어지는 가열용 열원 (22) 이 형성됨과 함께, 열원 (22) 의 주위에, 가열용 보조 열원 (23) 이 형성된다. 보조 열원 (23) 은, 예를 들어 할로겐 램프와 반사판으로 구성되고, 중앙의 열원 (22) 에 대해 대칭 위치에 형성된다. 이 경우, (B) 에 나타내는 바와 같이, 열원 전체가 중심축에 대해 점 대칭임과 함께, 1 점 쇄선으로 나타내는 보조 열원 (23) 의 중심축에 대해 선 대칭 혹은 면 대칭인 구성이다. 따라서, 소재 (6) 는, 금형 (5) 에 의해 성형되는 성형품의 중심점, 중심선, 혹은 중심면 (중심선을 통과하는 면) 에 대해 대칭으로 가열된다.

도 6 은 본 발명의 가열시의 또 다른 실시예를 나타낸다. (A) 는 종단면도이고, (B) 는 가열 블록의 평면도이다. 금형 (5), 금형 받침대 (3) 및 원주상의 가열 블록 (4) 의 구성은 도 1 과 동일하다.

중앙의 가열용 열원 (22) 의 주위에, 봉상의 카트리지 히터로 이루어지는 가 열용 보조 열원 (24) 이 방사상으로 배치된다. 이 경우에도, (B) 에 나타내는 바와 같이, 열원 전체가 중심축에 대해 점 대칭임과 함께, 1 점 쇄선으로 나타내는 보조 열원 (24) 의 중심축에 대해 선 대칭 혹은 면 대칭인 구성이다.

도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내고, 냉각 공정시의 냉각 방법을 나타내는 것이다. (A) 는 종단면도이고, (B) 는 가열 블록의 평면도이다. 금형 (5) 및 금형 받침대 (3) 의 구성은 도 1 과 동일하다.

일반적으로, 성형품의 냉각시, 유리 전이 온도 통과시에, 성형품 내의 위치에 따라 온도차가 발생하면 균일한 품질의 광학 소자가 얻어지지 않기 때문에, 성형품 내의 온도차를 최소한으로 하면서 냉각시킬 필요가 있다. 예를 들어 성형품이 볼록 렌즈인 경우, 중앙부가 두껍고 단부가 얇아지기 때문에, 전체를 동일한 조건으로 냉각시키면, 단부가 먼저 차가워진다. 그 때문에, 도 7(A) 에 나타내는 바와 같이, 공동을 갖는 원통상의 가열 블록 (4a) 내의 중앙에 냉각관으로 이루어지는 냉각용 열원 (7) 을 형성하고, 그 주위에, 도 5 의 실시예에서 사용한 보조 열원 (23) 과 동일한 가열용 보조 열원 (25) 을 형성하여, 성형품 (8) 의 단부를 보온하면서 전체를 냉각시키는 방법이 유효하다. 즉, 성형품 (8) 중앙부의 두꺼운 부분을 강하게 냉각시키고, 단부의 얇은 부분은 천천히 냉각시킴으로써, 성형품 (8) 전체가 균일 온도로 냉각된다. 냉각용 열원 (7) 의 냉각은, 냉각관에 냉각 매체를 통과시킴으로써 실시할 수 있다. 이 경우, (B) 에 나타내는 바와 같이, 열원 전체가 중심축에 대해 점 대칭임과 함께, 1 점 쇄선으로 나타내는 보조 열원 (25) 의 중심축에 대해 선 대칭 혹은 면 대칭인 구성이다.

도 8 은 본 발명의 냉각시의 또 다른 실시예를 나타낸다. (A) 는 종단면도이고, (B) 는 가열 블록의 평면도이다. 금형 (5), 금형 받침대 (3) 및 원주상의 가열 블록 (4) 의 구성은 도 1 과 동일하다.

원주상 가열 블록 (4) 내의 중앙에 냉각용 열원 (7) 을 형성하고, 그 주위에, 냉각용 보조 열원 (71) 과 가열용 보조 열원 (26) 을, 교대로 방사상으로 배치한다. 이 경우에도, 도 7 과 마찬가지로, 성형품 (8) 중앙부를 강하게 냉각시키고, 단부를 천천히 냉각시키기 위해서 가열용 보조 열원 (26) 을 사용한다. 성형품 (8) 의 중앙부를 가열하지 않도록, 가열용 보조 열원 (26) 은, 중앙으로부터 약간 떨어진 위치에 배치한다. 금형 (5) 의 치수가 커, 도 7 과 같이 중앙에 배치된 냉각용 열원 (7) 만으로는 신속히 냉각되기 어려운 경우에는, 이 방법이 바람직하다. 이 경우에도, (B) 에 나타내는 바와 같이, 열원 전체가 중심축에 대해 점 대칭임과 함께, 1 점 쇄선으로 나타내는 가열용 보조 열원 (26), 냉각용 보조 열원 (71) 의 중심축에 대해 선 대칭 혹은 면 대칭인 구성이다.

도 9 및 도 10 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이고, 금형 받침대와 금형 (5) 의 걸어맞춤부의 형상이 상이한 예를 나타낸다.

도 9 는 상형 (51) 및 하형 (52) 에 형성되는 테이퍼상의 가이드면을 갖는 오목부 (55a) 의 다른 실시예이고, (A) 는 종단면도, (B) 는 하형 (52) 의 저면도이다. 오목부 (55a) 는, (B) 에 나타내는 바와 같이, 중심축에 대해 축 대칭으로, 동심의 원환상으로 복수 지점 (본 예에서는 2 지점) 형성된다. 금형 받침대 (3a) 에 형성되는 볼록부 (32) 도 동일하다. 이에 따르면, 예를 들어 금형 (5) 의 상하 방향의 치수가 작은 경우에도, 금형 (5) 과 금형 받침대 (3a) 의 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있다.

이 예의 경우에도, 전술한 도 1 ∼ 도 8 의 예와 마찬가지로, 금형 받침대 (3) 및 이것과 일체된 볼록부 (32) 가 열 전달 부재를 구성한다.

도 10 은 금형 받침대 (3b) 에, 금형 (5) 을 가이드하는 테이퍼상의 가이드면을 갖는 오목부 (33) 를 형성한 것이다. 금형 (5) 은, 오목부 (33) 에 걸어맞춰지도록, 상형 (51) 및 하형 (52) 의 중앙부가 두껍고, 단부가 얇아지고, 전체가 볼록상으로 형성된다. 이로써, 유리 소재 (6) 의 단부가 금형 받침대에 가까워져, 강하게 가열 또는 냉각된다. 테이퍼의 경사나 깊이에 따라 온도 분포가 바뀐다. 특히 오목 렌즈와 같이 중앙부보다 단부 쪽이 두꺼운 광학 소자를 성형하는 경우에 유효하다.

이 예의 경우에는, 금형 받침대 (3b) 가 열 전달 부재를 구성한다.

도 11 및 도 12 는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이고, 금형 받침대와 금형 (5) 의 걸어맞춤부의 형상이 또 다른 예이다.

어느 예도, 금형 (5) 의 오목부 (55b, 55c) 및 금형 받침대 (3c, 3d) 의 볼록부 (34, 35) 의 가이드면이 곡면으로 되어 있는 경우이다. 도 11 의 경우에는, 소재 (6) 중앙으로부터 횡방향의 넓은 범위가 강하게 가열 또는 냉각된다. 도 12 의 경우에는, 소재 (6) 중앙의 좁은 범위만이 강하게 가열 또는 냉각되고, 주변부가 천천히 가열 또는 냉각된다. 성형되는 광학 소자의 형상에 따라 곡률을 바꿈으로써, 원하는 전열 상태가 얻어진다.

이 예의 경우에도, 도 1 ∼ 도 8 의 예와 마찬가지로, 금형 받침대 (3c, 3d) 및 이것과 일체된 볼록부 (34, 35) 가, 열 전달 부재를 구성한다.

도 13 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이고, 금형 받침대와 금형 사이에 중간 부재의 전열부재를 장착하여, 이 전열부재와 금형을 일체화한 것이다.

금형 받침대 (12) 와 별체인 전열부재 (9) 는, 기단측에 히터 또는 냉각관 등의 열원 (20) 의 선단부가 삽입되는 걸어맞춤부 (92) 가 형성되고, 선단측의 볼록부 (91) 가, 상형 (51) 및 하형 (52) 에 형성된 오목부 (55) 에 끼워맞춰진다. 이 전열부재 (9) 는 금형 (5) 에 끼워맞춘 상태에서 일체화되고, 금형 (5) 을 반송할 때, 금형 (5) 과 함께 반송된다.

전열부재 (9) 의 재질은, 예를 들어 구리와 같은 열전도율이 높은 것이 사용되어, 초경합금 등으로 만들어지는 금형 (5) 의 재질과는 상이하기 때문에, 양 부재간의 열 팽창률이 상이하다. 그 때문에, 가열 또는 냉각시의 열 수축에 의해 치수차가 발생하여, 전열부재 (9) 가 상하 방향으로 어긋나는 경우가 있다. 그 경우에도 열원 (20) 의 선단이 정확하게 전열부재 (9) 에 걸어맞춰지도록, 열원 (20) 측에 스프링 (11) 이 형성된다.

도 13 의 경우에는, 상형 (51) 및 하형 (52) 의 중앙부에 전열부재 (9) 의 볼록부 (91) 가 끼워넣어져 있기 때문에, 소재 (6) 의 중앙부가 강하게 가열 또는 냉각된다. 전열부재 (9) 의 두께나 테이퍼 각도를 조정함으로써, 금형 (5) 내에서 성형되는 광학 소자의 중앙부와 단부의 두께 차이에 대응하여, 적절한 가열 또는 냉각 상태를 얻을 수 있다.

이 예의 경우에는, 금형 받침대 (12) 와는 별체로 형성된 전열부재 (9) 가 열 전달 부재를 구성한다.

도 14 는 도 13 에서 사용되는 전열부재 (9) 의 예를 나타내고, (A) 는 정면도, (B) 는 평면도이다.

전열부재 (9) 와 금형 (5) 의 열 팽창률의 차이에 의해 치수차가 발생하였을 때에도, 금형 (5) 과 전열부재 (9) 가 정확한 위치에서 끼워맞춰진 상태를 유지할 수 있도록, 전열부재 (9) 에 방사상으로 복수의 슬릿 (93) 이 형성된다. 이로써, 치수차를 흡수하여, 전열부재 (9) 의 볼록부 (91) 가 금형 (5) 의 오목부 (55) 의 치수에 적합하고, 정확한 위치에서 끼워맞춰진다. 이와 같은 전열부재 (9) 를 사용한 경우, 도 13 의 열원 (20) 에 형성한 스프링 (11) 를 생략할 수 있다.

도 15 는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다. 전열부재 (9a) 와 금형 (5) 이 일체화된 예이며, 도 13 의 예와는 전열부재의 테이퍼의 경사가 역방향인 것이다.

이 경우에는, 소재 (6) 의 중앙부보다 단부 쪽이 전열부재 (9a) 에 가깝기 때문에 강하게 가열 또는 냉각된다. 이와 같이, 전열부재의 형상이나 재질을 바꾸어, 금형의 위치에 의한 전열 상태를 조정함으로써, 다양한 형상의 광학 소자의 성형에 적응시킬 수 있다.

이 예의 경우에도, 도 13 의 예와 마찬가지로, 전열부재 (9a) 가 청구항에서 말하는 열 전달 부재를 구성한다.

도 16 은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도이고, 전열부재 (9b) 와 금형 (5) 이 일체화된 것이다.

(A) 는 전열부재 (9b) 를 나타내고, 중심부에, 가열용 열원 (2) 및 냉각용 열원 (7) 의 각각의 선단부를 삽입하는 통과공 (94, 95) 이 형성되어 있다. 또, 외주 측면의 일부에 노치부 (96) 가 형성된다. 이 노치부 (96) 가 금형 (5) 과 전열부재 (9b) 사이의 비접촉부가 되고, 이 치수나 위치에 따라, 전열부재 (9b) 와 금형 (5) 의 접촉 면적이나 온도 분포를 조정한다.

(B) 는 가열시의 상태를 나타낸다. 가열용 열원 (2) 이, 금형 (5) 의 금형 받침대 (12) 의 하방으로부터 전열부재 (9b) 의 하부 통과공 (94) 에 삽입되어, 가열을 실시한다. 이로써, 전열부재 (9b) 의 측면을 통하여 금형 (5) 이 가열된다.

(C) 는 냉각시의 상태를 나타낸다. 냉각용 열원 (7) 이, 금형 받침대 (12) 의 하방으로부터 삽입되어, 전열부재 (9b) 의 하부 통과공 (94) 및 상부 통과공 (95) 을 관통하고, 하형 (52) 에 형성된 오목부 (58) 까지 삽입된다. 이로써, 금형 (5) 내의 성형품 (8) 에 매우 가까운 위치에 냉각용 열원 (7) 이 접촉되고, 성형품 (8) 의 중앙부가 집중되어 냉각된다. 또한, 전열부재 (9b) 의 측면을 통하여, 천천히 금형 (5) 전체가 냉각되고, 그에 수반하여 성형품 (8) 의 단부가 냉각된다.

금형 (5) 과 전열부재 (9b) 의 열 팽창률이 상이함에 따른 치수차에 대응하여, 가열용 열원 (2), 냉각용 열원 (7) 의 선단이 정확하게 소정 위치에 걸어맞춰 지도록, 이들 열원측에 스프링 (11) 이 형성된다.

이와 같은 전열부재 (9b) 를 금형 (5) 과 일체화시킴과 함께 중앙에 통과공을 형성하여 가열 및 냉각 공정을 실시함으로써, 가열시에는 소재 (6) 의 주변으로부터 가열하고, 냉각시에는 성형품 (8) 의 중앙부를 집중하여 냉각시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 전열부재의 형상을 바꿈으로써, 그 반대의 가열 및 냉각 방법으로 할 수도 있다.

(C) 의 경우, 냉각용 열원 (7) 이 직접 금형에 접촉되기 때문에, 냉각용 열원 (7) 자체가 전열부재 (9b) 와 함께, 열 전달 부재를 구성한다.

본 발명은, 가열, 성형, 냉각의 각 공정을 갖는 성형 제품의 성형에 적용할 수 있다.

또한, 2005년 11월 14일에 출원된 일본 특허출원 2005-328579호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.

Claims

상형, 하형 및 동체형으로 이루어지는 금형에 대해, 가열, 가압 성형 및 냉각의 각 공정이 실시되는 광학 소자의 성형 방법에 있어서,

상기 가열, 가압 성형 및 냉각 중 적어도 어느 하나의 공정에서, 거의 대칭인 온도 분포를 갖는 열 전달 부재와 상기 금형을 접촉시켜 상기 금형을 가열 또는 냉각시키는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 온도 분포가 축 대칭이고, 대칭의 중심축이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 광축과 거의 일치하는 광학 소자의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 온도 분포가 점 대칭이고, 대칭의 중심점이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 광축 상의 점과 거의 일치하는 광학 소자의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 온도 분포가 선 대칭이고, 대칭의 중심선이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 중심선과 거의 일치하는 광학 소자의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 온도 분포가 면 대칭이고, 대칭의 중심면이 상기 금형에 의해 성형되는 광학 소자의 중심면과 거의 일치하는 광학 소자의 성형 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금형 및 상기 열 전달 부재끼리는, 서로 걸어맞춰지는 볼록부 및 오목부로 이루어지는 걸어맞춤부의 일방을 상기 금형, 타방을 상기 열 전달 부재에 형성하고, 그 걸어맞춤부를 개재하여 결합되고, 상기 걸어맞춤부의 볼록부 및 오목부의 적어도 일방에 테이퍼상의 가이드면이 형성되고, 상기 걸어맞춤부를 그 가이드면을 따라 걸어맞춤으로써 위치 결정하는 광학 소자의 성형 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 볼록부 및 오목부에 동일한 기울기의 테이퍼상 가이드면이 형성되고, 그 가이드면끼리가 면접촉된 상태에서 끼워맞춰지는 광학 소자의 성형 방법.
금형을 가열 또는 냉각시키기 위한 열원을 갖고, 그 열원으로부터의 열에 의해 상기 금형에 거의 대칭인 온도 분포를 형성하는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자의 성형 방법을 실시하기 위한 성형 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 열원으로부터의 열을 상기 금형에 전달하는 열 전달 부재를 갖는 광학 소자의 성형 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 열 전달 부재는, 상기 열원 자체로 구성되어 있는 광학 소자의 성형 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 열 전달 부재는, 금형 받침대로 이루어지고, 상기 금형 및 금형 받침대의 일방에 볼록부가 일체로 형성되어 있고, 타방에 그 볼록부에 끼워맞춰지는 오목부가 형성되어 있는 광학 소자의 성형 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 열 전달 부재는, 상기 열원 및 금형 받침대 사이에 장착된 이들과 별체인 전열부재로 이루어지고, 상기 금형과 상기 전열부재가, 서로 축심을 맞춰 결합되어 있는 광학 소자의 성형 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 열 전달 부재의 중앙에 상기 열원이 삽입 통과 가능한 통과공이 형성되어 있는 광학 소자의 성형 장치.