KR20090122349A - 플라스틱 렌즈 성형 방법 - Google Patents

Abstract

플라스틱 렌즈 성형 방법은 유리 전이점 이상의 온도의 렌즈 프리폼을 준비하는 준비 공정과, 유리 전이점 이상의 온도의 상기 렌즈 프리폼을 유리 전이점 이하의 일정 온도에서 렌즈 최종 치수를 부여하는 금형에 의해 압축해서 렌즈 성형하는 압축 성형 공정을 포함한다.

플라스틱 렌즈, 성형 방법

Description

플라스틱 렌즈 성형 방법{PLASTIC LENS MOLDING METHOD}

본 발명은 플라스틱 렌즈 성형 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 사출 성형에 의해 준비된 렌즈 프리폼을 압축 성형해서 플라스틱 렌즈를 성형하는 플라스틱 렌즈 성형 방법에 관한 것이다.

종래, 플라스틱 렌즈의 성형 방법으로서 생산성의 관점 등으로부터 고정측 금형과 가동측 금형에 의해 형성되는 캐버티(cavity)에 게이트로부터 용융 수지를 공급하는 방법이 많이 이용되고 있었다. 이 성형 방법에 의하면 캐버티내에서의 용융 수지 냉각에 의해 야기되는 수축분을 보충하기 위해서 용융 수지에 압력을 부여해서 게이트로부터 공급하면서 냉각한다. 이 결과, 게이트 근방에 잔류 응력이 발생해서 광학적 변형이 남아서 렌즈의 광학 성능을 저하시키는 요인이 되고 있었다.

이러한 잔류 응력의 발생을 회피해서 고정밀도, 저복굴절의 플라스틱 렌즈를 성형하는 성형 방법으로서는 사출 성형에 의해 거의 렌즈 제품 형상의 렌즈 프리폼을 성형한 후 이 렌즈 프리폼을 에이징 금형(aging mold)에 충전해서 압축 성형하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 평4-163119호 공보 참조).

또한, 사출 성형해서 얻어진 렌즈 프리폼을 감압된 응력 완화실내로 반송하고, 소정의 온도로 최저 3시간 유지함으로써 잔류 응력을 제거하도록 한 렌즈 프리 폼의 성형 방법이 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 평8-336833호 공보 참조).

일본 특허 공개 평4-163119호 공보에 개시되어 있는 플라스틱 성형품의 제조 방법에 의하면 사출 성형한 성형품을 열변형 온도 이하의 온도의 에이징 금형에 충전하고, 이 에이징 금형을 유리 전이점 이상의 온도까지 가열해서 소정 시간 유지한다. 그 후, 에이징 금형을 서냉해서 성형품을 플라스틱 성형품으로 형성한다. 따라서, 에이징 금형을 유리 전이점 이상의 온도까지 가열하고, 더욱 냉각할 필요가 있기 때문에 성형 싸이클이 길어져서 생산성이 나쁜 문제가 있었다.

또한, 일본 특허 공개 평8-336833호 공보에 개시되어 있는 렌즈 블랭크의 성형 방법에 의하면 사출 성형해서 얻어진 렌즈 블랭크(렌즈 프리폼)를 76cmHg로 감압하고, 또한 80℃의 일정 온도로 유지된 응력 완화실내에서 최저 3시간 유지함으로써 응력을 완화시킨다. 따라서, 렌즈 블랭크의 성형에 장시간을 필요로 하여 생산성이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 사출 성형시의 잔류 응력에 의한 광학적 변형이 거의 없고, 광학 특성이 좋은 렌즈를 짧은 성형 싸이클 시간에 효율적으로 성형할 수 있는 플라스틱 렌즈 성형 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 목적은 하기 플라스틱 렌즈 성형 방법에 의해 달성된다.

(1) 본 발명의 실시형태에 의하면, 플라스틱 렌즈 성형 방법은 유리 전이점 이상의 온도의 렌즈 프리폼을 준비하는 준비 공정과, 유리 전이점 이상의 온도의 상기 렌즈 프리폼을 유리 전이점 이하의 일정 온도에서 렌즈 최종 치수를 부여하는 금형에 의해 압축해서 렌즈 성형하는 압축 성형 공정을 포함한다.

상기 플라스틱 렌즈 성형 방법에 의하면 유리 전이점 이상의 온도의 렌즈 프리폼을 유리 전이점 이하의 일정 온도의 금형에 의해 압축해서 렌즈 최종 치수를 부여하도록 했으므로 렌즈 프리폼을 유리 전이점 이상의 온도까지 재가열하는 재가열 공정이 불필요하다. 따라서, 플라스틱 렌즈의 성형 시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라, 플라스틱 렌즈를 생산 효율적으로 성형할 수 있다. 또한, 압축의 초기 단계에서는 렌즈 프리폼의 온도가 유리 전이점 이상의 온도이므로 광학적 변형이 없고, 광학 특성이 좋은 플라스틱 렌즈를 성형할 수 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 플라스틱 렌즈 성형 방법에 있어서, 상기 준비 공정은 상기 렌즈와 동 중량의 렌즈 프리폼을 준비한다.

상기 플라스틱 렌즈 성형 방법에 의하면 준비 공정에 있어서 최종 치수의 렌즈와 동 중량의 렌즈 프리폼을 준비하므로 압축 성형 공정에 있어서 확실하게 렌즈 최종 치수를 부여할 수 있다. 이에 따라 광학 특성이 우수한 플라스틱 렌즈를 성형할 수 있다. 또한, 이와 같이 중량 정밀도가 좋으면 광학면의 형상뿐만 아니라 렌즈의 외경이나 두께 등의 형상 정밀도도 높아져서 복수의 렌즈를 조합시켜서 제작되는 렌즈 유닛 전체에서의 광학 성능을 높게 할 수 있다.

(3) 상기 (2)에 기재된 플라스틱 렌즈 성형 방법에 있어서, 상기 렌즈의 성형 공정은 상기 렌즈 프리폼의 사출 성형을 포함한다.

상기 플라스틱 렌즈 성형 방법에 의하면 사출 성형에 의해 렌즈 프리폼이 성형되므로 소망하는 렌즈와 중량이 같고, 거의 동 형상의 렌즈 프리폼을 성형할 수 있다. 또한, 이 렌즈 프리폼을 압축 성형해서 최종 치수의 플라스틱 렌즈가 얻어지므로 렌즈 프리폼에 남는 게이트 자국이나 광학적 변형을 대부분 없애서 광학 특성이 좋은 플라스틱 렌즈를 성형할 수 있다.

(4) 상기 (3)에 기재된 플라스틱 렌즈 성형 방법에 있어서, 상기 렌즈의 성형은 유리 전이점 이상의 온도에서 사출 성형기로부터 상기 렌즈 프리폼을 인출하는 단계와, 상기 사출 성형기로부터 인출된 상기 렌즈 프리폼을 즉시 압축용 금형에 투입하는 단계를 포함한다.

상기 플라스틱 렌즈 성형 방법에 의하면 준비 공정인 렌즈 프리폼의 사출 성형으로부터 압축 성형으로의 이동 시간을 짧게 함으로써 렌즈 프리폼의 온도 저하를 방지하고, 이동 시간의 단축뿐만 아니라 압축 성형 공정에서의 추가적인 시간 단축을 도모할 수 있다.

(5) 상기 (2)에 기재된 플라스틱 렌즈 성형 방법에 있어서, 상기 렌즈 준비 공정은 용융 상태의 플라스틱을 일정 체적량 압출하는 단계와, 상기 압출된 용융 상태의 플라스틱을 컷팅하는 단계를 포함한다.

상기 플라스틱 렌즈 성형 방법에 의하면 용융 상태의 플라스틱으로부터 냉각후의 렌즈 형상과 크기를 고려한 소망하는 체적량의 플라스틱이 컷팅되어 렌즈 프리폼이 준비된다. 따라서, 간단하고 저렴한 장치에 의해 렌즈 프리폼을 준비할 수 있다.

(6) 상기 (1)에 기재된 플라스틱 렌즈 성형 방법에 있어서, 렌즈 프리폼 준비 공정은 시트상의 성형체로부터 상기 렌즈 프리폼을 펀칭 아웃(punching out)하는 단계를 포함한다.

상기 플라스틱 렌즈 성형 방법에 의하면 시트상 성형체로부터 렌즈 프리폼이 압축 성형 공정에서 사용된 금형에 의해 렌즈 형상으로 펀칭 아웃되므로 사출 성형에 의해 성형되는 렌즈 프리폼에서는 없앨 수 없는 게이트 자국을 없앨 수 있어 광학 특성이 좋은 플라스틱 렌즈를 용이하게 성형할 수 있다. 또한, 한번에 블랭킹(blanking)되는 수를 용이하게 늘릴 수 있으므로 대량 생산에 용이하게 대응할 수 있다.

본 발명에 의하면 사출 성형시의 잔류 응력에 의한 광학적 변형이 거의 없고, 광학 특성이 좋은 렌즈를 짧은 성형 싸이클 시간에 효율적으로 성형할 수 있는 플라스틱 렌즈 성형 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태인 플라스틱 렌즈 성형 방법을 적용한 플라스틱 렌즈 성형 장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 플라스틱 렌즈 성형 방법을 적용하기에 적합한 핫 러너 방식(hot runner type)의 렌즈 프리폼 성형 기구의 요부 종단면도이다.

도 3(a) 내지 도 3(c)는 렌즈 프리폼 성형 기구에 의해 성형된 렌즈 프리폼을 최종 치수로 압축해서 최종 형상의 플라스틱 렌즈를 성형하는 압축 성형 기구의 요부 종단면도이다.

도 4는 소망하는 체적의 압축 성형용 프리폼을 공급하는 다른 실시형태의 렌즈 프리폼 성형 기구를 나타내는 개략 단면도이다.

도 5는 피스톤 및 토출구 부근의 부분 확대 단면도이다.

도 6(a) 내지 도 6(c)는 커터에 의한 수지 재료의 구체적인 절단 동작예를 나타낸 사시도이다.

첨부 도면을 참조하면 여기에 개시된 본 발명을 더 잘 이해할 수 있을 것이다.

이하, 본 발명에 의한 플라스틱 렌즈 성형 방법에 대해서 도면에 의거해서 상세히 설명한다. 본 발명에 의한 플라스틱 렌즈 성형 방법은 렌즈 프리폼을 준비하는 준비 공정과, 렌즈 프리폼을 금형에 의해 압축해서 렌즈 최종 치수를 부여하여 렌즈 성형하는 압축 성형 공정을 포함한다.

준비 공정은 렌즈 프리폼 성형 기구에 의해 유리 전이점 이상의 온도의 렌즈 프리폼을 준비하는 공정이다. 압축 성형 공정은 유리 전이점 이상의 온도의 렌즈 프리폼을 유리 전이점 이하의 온도의 압축 성형 기구에 의해 압축해서 렌즈 최종 치수를 부여하여 플라스틱 렌즈를 성형하는 공정이다.

도 1은 본 발명의 실시형태인 플라스틱 렌즈 성형 방법을 적용한 플라스틱 렌즈 성형 장치의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 플라스틱 렌즈 성형 장치는 렌즈 프리폼 성형 기구(10), 핸들링 기구(40), 및 압축 성형 기구(30)를 포함한다.

렌즈 프리폼 성형 기구(10)는 기본적으로는 고정측 금형(11)과, 가동측 금형(12)으로 이루어진다. 용융 수지를 공급하는 고정측 금형(11)과 가동측 금형(12)에 의해 렌즈 프리폼(15)이 성형되고, 이 성형된 유리 전이점 이상의 온도인 렌즈 프리폼(15)이 이젝터 핀(ejector pin)(16)에 의해 가동측 금형(12)으로부터 이젝팅(ejecting)되어 이격ㆍ노출된다. 렌즈 프리폼 성형 기구(10)의 자세한 설명은 후술한다.

이어서, 핸들링 기구(40)는 노출된 상기 성형된 렌즈 프리폼(15)을 이 렌즈 프리폼(15)의 온도가 유리 전이점 이하의 온도가 되기 전에 렌즈의 최종 형상을 결정하는 압축 성형 기구(30)로 이송 및 배치한다. 이 핸들링 기구(40)에서는 암(41)의 선단에 배치된 핸들링부(42)가 불소계의 수지 코팅이나 거친 표면화 처리됨으로써 연한 렌즈 프리폼(15)에 대한 접촉면에서 비점착 상태가 유지되어 핸들링 기구(40)가 압축 성형 기구(30)로의 렌즈 프리폼(15)의 주고 받기를 원활하게 행할 수 있다.

압축 성형 기구(30)는 주로 상형(upper mold)(31)과 하형(lower mold)(32)과 동형(body mold)(33)에 의해 구성되어 있다. 핸들링 기구(40)에 의해 이송된 렌즈 프리폼(15)은 하형(32)상에 배치되고, 압축 성형 기구(40)의 캐버티(37)내에서 압축 성형을 받고, 플라스틱 렌즈의 최종 형상이 된다. 그 후, 하형(32)에 유지되어서 캐버티(37)로부터 인출된다.

도 2는 본 발명의 플라스틱 렌즈 성형 방법을 적용하기에 적합한 핫 러너 방식의 렌즈 프리폼 성형 기구(사출 성형 기구)의 요부 종단면도이고, 도 3은 렌즈 프리폼 성형 기구에 의해 성형된 렌즈 프리폼을 압축해서 최종 형상의 플라스틱 렌즈를 성형하는 압축 성형 기구의 요부 종단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 렌즈 프리폼 성형 기구(10)는 고정측 금형(11)과, 가동측 금형(12)과, 고정측 금형(11)의 고정측 형판(13)과 가동측 금형(12)의 가동측 형판(15b)에 의해 형성되는 캐버티(14)에 용융 수지를 공급하는 핫 러너(20)와, 렌즈 프리폼(15)의 플랜지부(15a)를 형성하는 가동측 형판(15b)을 관통하고, 플랜지부(15a)를 가동측 금형(12)으로부터 이젝팅하여 플랜지부(15a)를 가동측 금형(12)으로부터 이격시키는 이젝터 핀(16)을 포함한다.

고정측 금형(11) 및 가동측 금형(12)은 각각 도시되지 않은 사출 성형 장치의 고정측 및 가동측에 부착된다. 가동측 금형(12)은 고정측 금형(11)에 대하여 접촉 및 분리 가능(축방향으로 이동 가능)하게 배치되어 있다.

고정측 금형(11)과 가동측 금형(12)이 클램핑되었을 때 내부에는 렌즈 프리폼(15)을 성형하기 위한 캐버티(14)가 형성된다. 캐버티(14)의 용량 및 형상은 최종 제품인 플라스틱 렌즈(35)와 동 중량의 수지가 들어가도록 열팽창을 미리 계산한 체적과 플라스틱 렌즈(35)와 거의 동 형상으로 만들어진다. 렌즈 프리폼(15)의 광축(L)과 형 개방 방향은 거의 평행으로 되어 있다.

가동측 금형(12)에는 이젝터 핀(16)이 이젝터 플레이트(17)에 지지되어서 리트렉팅(retracting) 가능하게 설치되어 있다. 이젝터 핀(16)은 캐버티(14)에 용융 수지를 충전해서 고정측 금형(11)과 가동측 금형(12)을 개방했을 때 렌즈 프리폼(15)의 플랜지부(15a)를 가압하여 가동측 금형(12)으로부터 이격시킨다.

핫 러너(20)는 소위 외부 가열형 핫 러너이며, 고정측 금형(11)에 배치되어 있다. 용융 수지를 공급하는 통로(28)가 형성된 실린더(29)의 주위에는 히터(23) 및 온도 센서(21)가 배치됨으로써 용융 수지의 온도를 최적 온도로 제어하여 용융 수지의 점도를 조정함과 아울러 과열에 기인하는 번 마크(burn mark)의 발생을 방지한다.

핫 러너(20)의 노즐(게이트)(22)은 고정측 금형(11)에 있어서 캐버티(14)의 중심부, 즉 압축 성형에 의해 제작된 렌즈(35)의 광학면(35a)상의 광축(L)상으로 개구되어 있다.

노즐(22)은 니들 가이드(23)에 의해 슬라이딩 가능하게 유지된 밸브 핀(24)에 의해 개폐된다. 즉, 용융 수지의 공급시에는 밸브 핀(24)을, 도 2에 도시된 바와 같이, 상승시켜서 노즐(22)을 개방하고, 공급시 이외는 노즐(22)을 폐쇄하여 용융 수지의 공급을 차단한다. 또한, 노즐(22)의 구멍 직경과 밸브 핀(24)의 외경의 직경차는 예를 들면 5∼7㎛ 정도이므로 노즐(22)을 폐쇄할 때 노즐(22)로부터 용융 수지가 누설되는 일은 없다.

노즐(22)을 폐쇄했을 때의 밸브 핀(24)의 선단면(24a)은 노즐(22)의 선단보다 약간 내측[도 2에 있어서, 노즐(22)의 선단보다 약간 상방]에 위치하도록 조정된다. 따라서, 렌즈 프리폼(15)을 성형했을 때 게이트 자국이 약간 돌출된 형상으로 형성된다. 이것은 다음 공정인 압축 성형에 있어서, 돌출된 게이트 자국은 용이하게 없앨 수 있지만 오목 형상의 게이트 자국을 없애는 것은 곤란하기 때문이다.

또한, 밸브 핀(24)의 선단면(24a)의 형상은 플라스틱 렌즈(35)의 밸브 핀 선 단면(24a)에 대응하는 부분과 거의 같은 형상이다. 이에 따라, 성형된 렌즈 프리폼(15)의 게이트 자국은 작게 형성되므로 다음 공정에서 약간의 압축 성형에 의해 거의 자국을 없앨 수 있고, 플라스틱 렌즈(35)의 최종 형상으로 성형할 수 있다.

렌즈 프리폼(15)은 핫 러너(20)의 노즐(22)로부터 용융 수지를 공급해서 캐버티(14)에 충전하고, 캐버티 표면의 온도가 수지의 용융 온도 이하, 그리고 유리 전이점 온도 이상의 온도에 도달한 후 가동측 금형(12)을 이동시켜서 형 개방을 행한다. 이어서, 이젝터 핀(16)에 의해 렌즈 프리폼(15)의 플랜지부(15a)를 가압하여 가동측 금형(12)으로부터 렌즈 프리폼(15)을 이격시킨다. 이때, 렌즈 프리폼(15)은 도시되지 않은 핸들링 기구(40)에 의해 플랜지부(15a)에 유지되고, 유리 전이점 온도 이상의 온도를 유지하면서 다음 공정에서 압축 성형 기구(30)로 반송 및 공급된다. 또한, 캐버티(14)에서의 금형 표면에는 수지에 대한 비점착성의 코팅이 실시되어 있어서 렌즈 프리폼(15)을 금형에 대한 부분 부착이 없는 금형으로부터의 박리를 가능하게 한다.

용융 수지의 캐버티(14)로의 공급은 고정측 금형(11)의 캐버티(14)의 중심부, 즉 성형될 렌즈 프리폼(15)의 광축(L)으로부터 행하여지므로 용융 수지의 흐름은 광축(L)에 대하여 동심원상이 된다. 이에 따라, 게이트부에 발생하는 광학적 변형은 광축(L)에 대하여 대칭으로 형성된다.

이와 같이, 렌즈 프리폼 성형 기구(10)에 의해 성형된 렌즈 프리폼(15)은 캐버티(14)에 충전된 용융 수지의 온도가 유리 전이점 온도 이상의 온도에 도달했을 때, 마찬가지로 유리 전이점 온도 이상의 온도가 되어 있는 핸들링 기구(40)에 의 해 플랜지부(15a)에 유지되어서 렌즈 프리폼 성형 기구(10)로부터 인출된다. 이 사출 성형 공정에서의 렌즈 프리폼(15)의 인출 온도는 Tg+30℃∼Tg+80℃의 범위가 바람직하다(Tg : 유리 전이점 온도).

렌즈 프리폼(15)은 유리 전이점 온도 이상의 온도를 유지한 채 유리 전이점의 온도 이하의 일정 온도로 유지되어 있는 압축 성형 기구(30)의 캐버티(37)에 투입되고, 압축 성형되면서 유리 전이점 이하의 온도로 냉각되어서 플라스틱 렌즈(35)의 최종 형상으로 압축 성형된다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 압축 성형 기구(30)는 상형(31)과 하형(32)과 동형(33)을 포함하고, 플라스틱 렌즈(35)를 성형하기 위한 캐버티(37)가 형성된다.

캐버티(37)의 형상은 플라스틱 렌즈(35)의 최종 형상과 같은 형상으로 되어 있고, 적어도 렌즈 광학면(35a, 35b)을 성형하는 형성면(31a, 32a)은 경면 가공이 실시되어 있다. 따라서, 형성면(31a, 32a)의 형상이 전사된 플라스틱 렌즈(35)의 렌즈 광학면(35a, 35b)은 표면 거칠기가 극히 작고 광학 특성이 좋은 광학면으로 성형된다.

또한, 압축 성형 기구(30)는 렌즈 프리폼 성형 기구(10)에 의한 사출 성형시에 렌즈 프리폼(15)에 발생하는 게이트 자국이나 응력을 해소시키고, 또한 단시간에 렌즈 프리폼을 냉각시키는데도 최적인 유리 전이점 이하의 일정 온도, 예를 들면, Tg∼Tg-10℃ 사이의 온도로 유지되어 있다(Tg : 유리 전이점 온도).

이와 같이 구성된 압축 성형 기구(30)에 있어서, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 렌즈 프리폼 성형 기구(10)에 의해 성형된 렌즈 프리폼(15)은 핸들링 기구에 의해 플랜지부(15a)에 유지되고, 하형(32)에 배치되어서 압축 성형 기구(30)의 캐버티(37)내에 투입된다. 이어서, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 동형(33)내에서의 상형(31)과 하형(32)에 의한 미리 설정되어 있는 압력에 의한 압축 성형 공정에서 유리 전이점 이상의 온도 상태에서 렌즈 프리폼(15)의 프레싱이 개시된다. 렌즈 프리폼(15)이 서서히 냉각되는 중에 유리 전이점 이하가 되고, 렌즈 프리폼(15)이 소정 형상으로 성형되는 미리 설정되어 있는 시간이 경과한다. 이어서, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 렌즈 프리폼(15)이 플라스틱 렌즈(35)의 최종 형상으로 성형되고, 금형이 개방되며, 플라스틱 렌즈(35)가 캐버티(37)로부터 인출된다.

이 압축 상태에서는 렌즈 프리폼(15)의 온도는 서서히 저하되고, 렌즈 프리폼 온도의 저하에 따라 렌즈 프리폼(15)도 수축되고, 그 수축에 따라 압축도 실행된다. 따라서, 경면 가공이 시행된 형성면(31a, 32a)에 의해 렌즈 프리폼(15)이 수축에 따라 압축되고, 금형 형상을 렌즈 프리폼(15)에 양호하게 전사하여 면조도가 극히 작은 렌즈 광학면(35a, 35b)이 형성된다.

본 실시형태에 있어서, 핫 러너 방식의 사출 성형 장치를 렌즈 프리폼 성형 기구(10)로서 채용하고, 플라스틱 렌즈(35)의 최종 형상에 극히 근사한 형상의 렌즈 프리폼(15)을 사출 성형하도록 한 것은 핫 러너 방식에 의해 유리 전이점 온도 이상의 렌즈 프리폼(15)을 효율적으로 얻을 수 있기 때문이다.

또한, 콜드 러너 방식(cold runner type)에 의한 프리폼 성형은 재료 손실이 많지만 가능하다.

또한, 준비 공정에서의 형상이, 상기한 바와 같이, 최종 형상과는 달라도 준 비 공정에서의 형상이 압축 성형 공정에서 조정된다. 그러나, 준비 공정에서의 형상이 최종 형상에 가까운 쪽이 압축 성형 공정에서의 변형량이 작아진다. 따라서, 성형 조건역이 넓어지기 때문에 이 경우가 바람직하다.

또한, 압축 성형 공정에서는 플라스틱 렌즈(35)의 중량과 같은 중량의 렌즈 프리폼(15)이 공급되는 것이 필요하다. 그러나, 사출 성형에 의해 최종 형상에 근사한 형상의 렌즈 프리폼(15)을 준비하면 특별히 중량을 측정할 필요가 없다. 실질적으로 고정밀도의 중량 측정을 행한 것과 같은 렌즈 프리폼(15)을 용이하게 공급할 수 있기 때문이다.

유리 전이점 온도 이상의 렌즈 프리폼(15)을 파지하는 핸들링 기구(40)의 핸들링부(42)는 렌즈 프리폼(15)이 점착하는 것을 방지하기 위해서 비점착 처리되어 있는 것이 바람직하다. 비점착 처리로서는 테플론 등의 불소계 수지 코팅이나, 파지부 표면에 요철을 형성해서 렌즈 프리폼(15)과의 접촉 면적을 감소시키는 방법 등이 있다. 파지부 표면에 요철을 형성하고, 또한 불소계 수지 코팅을 실시하면 더욱 유효하다.

상기한 바와 같이, 렌즈 프리폼 성형 기구(10)에 의한 사출 성형 공정 및 압축 성형 기구(30)에 의한 압축 성형 공정의 초기 공정[플라스틱 렌즈(35)의 최종 형상 전사 공정]은 모두 렌즈 프리폼(15)의 온도가 유리 전이점 온도 이상의 온도에서 행하여진다. 따라서, 종래의 성형 방법과 같이 에이징 금형과 함께 렌즈 프리폼을 가열, 냉각하거나 또는 렌즈 프리폼을 감압된 일정 온도로 유지된 응력 완화실에 장시간 보관할 필요가 없고, 짧은 성형 싸이클 시간에 플라스틱 렌즈(35)를 효율적으로 성형할 수 있다.

이와 같이, 압축 성형 기구(30)의 캐버티(34)에 투입되는 렌즈 프리폼(15)은 유리 전이점 온도 이상의 온도로 유지되어 있으므로 사출 성형시에 보압(保壓)도 거의 필요치 않고, 게이트 근방의 응력은 거의 발생하지 않는다. 또한, 렌즈 프리폼(15)에 남는 볼록 형상의 게이트 자국도 압축 성형되어 소멸해서 게이트 근방의 광학적 변형도 대부분 없어진다.

또한, 경면 가공이 시행된 형성면(31a, 32a)에 의해 렌즈 프리폼(15)이 압축되면서 냉각되므로 면조도가 극히 작은 렌즈 광학면(35a, 35b)이 형성된다.

또한, 광학적 변형이 다소 남아도 용융 수지가 플라스틱 렌즈(35)[렌즈 프리폼(15)]의 광축(L)으로부터 방사상으로 사출되므로 용융 수지의 전사 속도 및 수축 속도의 편차에 의한 코마 수차나 비점수차의 발생이 방지되어서 광축(L)을 중심으로 하여 축대칭인 플라스틱 렌즈(35)가 성형된다. 이에 따라, 광학 특성이 좋은 플라스틱 렌즈(35)가 얻어진다.

상기 플라스틱 렌즈 성형 방법에 의하면, 유리 전이점 이상의 온도의 렌즈 프리폼(15)을 유리 전이점 이하의 일정 온도의 압축 성형 기구(금형)(30)에 의해 압축함으로써 렌즈 최종 치수를 부여한다. 따라서, 렌즈 프리폼(15)의 재가열이 불필요하여 플라스틱 렌즈(35)의 성형 시간을 단축시켜서 효율적으로 플라스틱 렌즈(35)를 성형할 수 있다. 또한, 유리 전이점 이상의 온도에서 압축 성형되므로 광학적 변형이 없고, 광학 특성이 좋은 플라스틱 렌즈(35)를 성형할 수 있다.

또한, 준비 공정에 있어서 최종 치수의 렌즈(35)와 동 중량의 렌즈 프리 폼(15)을 준비하므로 압축 성형 공정에 있어서 확실하게 렌즈 최종 치수를 부여할 수 있다. 이에 따라, 광학 특성이 우수한 플라스틱 렌즈(35)를 성형할 수 있다.

또한, 사출 성형에 의해 렌즈 프리폼(15)이 성형되므로 소망하는 렌즈(35)와 중량이 같고, 거의 동 형상의 렌즈 프리폼(15)을 성형할 수 있다. 또한, 이 렌즈 프리폼(15)을 최종 치수의 플라스틱 렌즈(35)로 압축 성형했으므로 렌즈 프리폼(15)에 남는 게이트 자국 및 광학적 변형을 거의 없애서 광학 특성이 좋은 플라스틱 렌즈(35)를 성형할 수 있다.

본 실시형태의 렌즈 프리폼 성형 기구(10)에서는 게이트가 렌즈 프리폼(15)의 광학면 중심부에 배치되어 있지만 게이트 자국 및 광학적 변형은 압축 성형 기구(30)의 압력에 의해 거의 제거되므로 이 게이트 위치는 렌즈의 어느 위치에 있어도 좋다. 그리고, 렌즈 프리폼의 형상은 렌즈 형상에 가깝지 않아도 좋으므로 프리폼에 대해서 다음 실시형태가 제안된다. 상기 실시형태에 있어서는 렌즈 프리폼이 사출 성형되어서 준비되는 예에 대해서 설명했지만 렌즈 프리폼은 다른 방법에 의해 준비되어도 좋다.

이하, 준비 공정에서의 렌즈 프리폼 성형 기구의 다른 실시형태를 설명한다.

도 4는 소망하는 체적의 압축 성형용 프리폼을 공급하는 다른 실시형태의 렌즈 프리폼 성형 기구를 나타낸 개략 단면도이다.

렌즈 프리폼 성형 기구인 압축 성형용 프리폼 제작 장치(100)는 프리플라스티케이팅식 사출 성형기(preplasticating injection molding machine)와 공통되는 구성을 갖고 있다. 본 실시형태에 있어서는 특히 압축 성형용의 프리폼(일정량의 수지의 덩어리)을 성형하는 것을 예로 설명한다. 본 실시형태에 있어서는 카메라 장착 휴대 전화 단말에 채용되는 촬영용의 플라스틱 렌즈를 제조하는 것을 상정하고 있다. 이 플라스틱 렌즈는 예를 들면 직경이 2㎜ 정도의 매우 소형이고, 도 4에 도시된 압축 성형용 프리폼 제작 장치(100)는 극히 소량 재료로 이루어진 프리폼의 성형에 적합하도록 구성되어 있다.

우선, 본 실시형태의 압축 성형용 프리폼 제작 장치(100)의 구성에 대해서 설명한다.

장치 프레임(125)상에는 피스톤 상하 이동 기구(103)와 일정량의 수지를 상방으로 토출시키는 수지 토출 기구(105)가 배치되어 있다. 수지 토출 기구(105)는 피스톤이 수직으로 삽입되어 있는 피스톤 상하 이동 기구(103)상에 배치되어 있다. 수지 토출 기구(105)의 실린더(110)는 하단부(110b)로부터 상단부(110c)까지를 상하 방향[연직 방향이며, 도면 중 화살표(A1)의 방향과 평행]을 향해서 연장된 관통 구멍(110a)을 갖고, 이 관통 구멍(110a)에 의해 가늘고 길게 연장된 내공간이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(내공간)(110a)의 횡단면 형상은 원형이며, 그 횡단면의 직경 및 단면적이 관통 구멍(110a)의 전체에 걸쳐서 균일해지도록 형성되어 있다. 여기서, 관통 구멍(110a)의 횡단면의 직경은 110㎜ 이하가 바람직하다. 현실적으로는 0.5㎜∼5㎜ 정도의 크기가 좋다. 관통 구멍(110a)의 횡단면의 직경이 작은쪽이 보다 고정밀도의 계량이 가능하다. 그러나, 직경이 지나치게 작으면 1회의 토출 용적이 감소해서 여분의 계량 시간이 필요하게 된다. 또한, 관통 구멍(110a)의 단면적이 지나치게 작으면 실린더가 길어져서 실린더의 가공이 곤란하게 될 뿐만 아니 라 토출시의 수지 압력이 지나치게 높아져서 피스톤의 버클링(buckling)이나 토출시의 수지압 저하에 시간이 걸리는 문제를 발생시키게 된다.

실린더(110)의 관통 구멍(110a)에는 하단부(110b)로부터 피스톤(111)의 일부분이 삽입된다. 피스톤(111)은 관통 구멍(110a)의 내측 형상과 마찬가지로 단면 형상이 원형의 가늘고 긴 형상이다. 실린더(110)의 횡단면의 직경 및 단면적은 피스톤(111)의 직경과 동등하다. 피스톤(111)은 실린더(110)의 관통 구멍(110a)을 상하 방향으로 슬라이딩 가능하게 되어 있다. 피스톤(111)의 스트로크는 수지 제품의 형상 정밀도가 0.2∼0.5％, 바람직하게는 ±0.1％ 정도이며, 피스톤의 위치 정밀도가 서보 모터의 정밀도를 고려하면 약 1㎛ 정도가 되는 점으로부터 1㎜ 이상 필요로 된다.

피스톤(111)의 기단측은 피스톤 상하 이동 기구(103)의 지지판(116)에 고정되고, 지지판(116)의 상하 이동에 의해 피스톤(111)을 실린더(110)내에 슬라이딩 가능하게 하고 있다. 상하 이동 기구(103)는 상하 방향[화살표(A1) 방향]을 따라 연장된 가이드(117, 118)를 포함하고, 지지판(116)에는 이들 가이드(117, 118)가 끼워지는 가이드 구멍이 형성되어 있다. 이들 가이드 구멍에 가이드(117, 118)가 삽입된 상태에서 지지판(116)이 상하 이동함으로써 피스톤(111)의 상하 이동이 실현되고 있다. 또한, 지지판(116)과 가이드(117, 118)의 사이에는 기울어짐 또는 흔들림 방지를 위해 볼 베어링 등이 설치되어 있다.

또한, 피스톤 상하 이동 기구(103)는 장치 프레임(125)상에 지지판(116) 및 피스톤(111)을 화살표(A1) 방향으로 구동시키기 위한 리니어 액추에이터를 구비하 고 있다. 구체적으로는 구동원으로서 장치 프레임(125)상에 고정 설치된 전동 모터(119)와, 전동 모터(119)의 구동축에 연결된 도시되지 않은 기어를 구비하고, 지지판(116)에 고정된 볼 나사(120)가 상기 기어에 나사 결합되어 있다. 따라서, 전동 모터(119)를 구동하면 전동 모터(119)에 연결된 기어가 회동하고, 이에 따라 볼 나사(120)가 이동하여 볼 나사(120)에 연결된 지지판(116)도 화살표(A1) 방향으로 상하 이동한다. 또한, 전동 모터(119)로서는 서보 모터나 스텝핑 모터가 이용된다.

피스톤(111)의 스트로크 방향[지지판(116)의 화살표(A1) 방향]의 이동에 관한 위치 정보를 검출하기 위해서 지지판(116)의 근방에 변위 센서(121)가 설치되어 있다. 변위 센서(121)는 지지판(116)과 장치 프레임(125)의 도면 중 상측 판 사이의 상대적인 위치 관계를 검출한다.

한편, 실린더(110) 외주면의 일부에는 수지 재료 충전 수단으로서의 가소화 기구(112)가 연결되어 있다. 가소화 기구(112)는 제품 원료인 수지 재료를 스크류(112a)에 의해 교반하면서 토출 전방으로 압출하고, 가열과 수지간의 마찰열에 의해 용융해서 유동성을 가진 액체상의 수지(130)를 생성하여 실린더(110)의 관통 구멍(110a)으로 수지를 토출한다. 관통 구멍(110a)으로 수지를 토출할 때에는 가소화 기구(112)의 내공간과 실린더(110)의 관통 구멍(110a)을 연통하는 유로(112b)를 통해서 행한다. 유로(112b)의 도중에는 수지(130)의 역류를 저지하는 체크 밸브(126)가 제공되어 있다. 또한, 스크류(112a)는 가소화 기구 구동부(123)에 의해 구동된다.

실린더(110)의 내부에는 히터(128)가 매설되어 있다. 이 히터(128)는 실린 더(110)의 관통 구멍(110a)에 주입된 수지(130)를 가열하여 수지(130)의 온도가 유리 전이점 온도 이상으로 유지되도록 하고 있다. 또한, 실린더(110)의 외주에는 단열재(107)가 적당한 배치 장소에 제공되어 있다. 또한, 도시되진 않았지만 장치 프레임(125)의 실린더(110)의 근방에도 히터가 제공됨과 아울러 히터는 그 히터의 실린더(110)로부터 이격된 측이 냉각수에 의해 냉각되도록 구성되어 있다.

실린더(110)의 관통 구멍(110a)과 가소화 기구(112)의 유로(112b)의 합류점으로부터 실린더(110)의 상단부(110c)까지 사이의 토출구(115) 근방에는 관통 구멍(110a)과 연통하는 개구부가 형성되고, 이 개구부에 압력 센서(113)가 설치되어 있다. 압력 센서(113)는 토출구(115)의 근방에 있어서의 수지(130)에 가해지는 압력을 검출한다.

또한, 토출구(115)의 주위에는 토출된 수지를 절단하는 수지 재료 절단 수단으로서의 커터(114)가 설치되어 있다. 도 4에 도시된 구성예에서는 커터(114)는 토출구(115)의 좌우에 배치된 한쌍의 블레이드(blade)(114a, 114b)로 구성되어 있다. 이들 블레이드(114a, 114b)는 커터 구동부(122)에 의해 구동된다. 커터 구동부(122)에 의해 블레이드(114a, 114b)를 구동하면 블레이드(114a, 114b)는 서로 접근하는 방향 및 서로 이격되는 방향으로 구동된다. 블레이드(114a, 114b)가 왕복함으로써 토출구(115)로부터 토출되는 수지(130)가 절단된다. 도 4에 도시된 구성예에서는 커터(114)는 플레이트(127)상에 설치되어 있지만 토출후의 수지를 절단할 수 있으면 어디에 배치되어 있어도 상관없다. 또한, 커터(114)는 수지 재료 유리 전이점 온도(Tg)보다 약간 높은 온도(Tg+50℃ 정도)로 가열되어 있다. 이것은 커 터(114)가 상온이면 블레이드 부분으로부터 수지가 굳어지고, 절단시에 수지 재료가 비산하게 되고, 커터의 온도가 지나치게 높으면 커터(114)의 블레이드에 수지 재료가 붙어버리기 때문이다.

제어부(124)는 도 4에 도시된 장치의 각 부의 동작을 제어한다. 즉, 제어부(124)에는 압력 센서(113)와, 커터 구동부(122)와, 가소화 기구 구동부(123)와, 변위 센서(121)와, 전동 모터(119)가 적어도 접속되어 있다. 또한, 제어부(124)에 대해서는 마이크로 프로세서 등을 내장한 전용의 제어 회로로 구성하거나 범용성이 있는 프로그래머블 컨트롤러 또는 퍼스널 컴퓨터를 이용하여 구성할 수도 있다.

이어서, 압축 성형용 프리폼 제작 장치(100)의 실제 동작을 이하에 설명한다.

가열에 의해 유동 상태로 된 수지(130)를 가소화 기구(112)의 내공간으로부터 압출하고, 유로(112b)를 통해서 실린더(110)내의 관통 구멍(110a)에 주입한다. 이와 동시에 필요한 체적의 수지 재료(130)를 주입하기 위해서 변위 센서(121)에 의해 검출되는 위치 정보를 참조하면서 전동 모터(119)를 구동하고, 피스톤(111)을 관통 구멍(110a)내의 용량을 늘리는 소정 거리만큼 하강시킨다. 이 동작에 의해 실린더(110)의 관통 구멍(110a) 중 피스톤(111)이 존재하지 않는 미사용 영역에 유동 상태의 수지 재료(130)가 충전된다. 또한, 이 수지 재료 주입시에는 커터(114)에 의해 토출구(115)를 폐쇄하는 것이 바람직하다.

도 5는 피스톤 및 토출구 부근의 부분 확대 단면도이다.

제어부(124)는 관통 구멍(110a)내에 소정량의 수지 재료(130)가 충전되면 전 동 모터(119)를 구동하여 피스톤(111)을 다시 상승시킨다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 실린더(110)의 내공간(110a)에 주입된 수지 재료(130)가 피스톤(111)에 의해 상방을 향해서 밀어 올려져서 토출구(115)로부터 서서히 토출된다.

토출구(115)로부터 토출되는 수지 재료(130)는 실린더(110) 내부에서 가열 수단인 히터(128)에 의해 미리 유리 전이점 이상의 온도로 가열된다.

전동 모터(119)의 구동을 정지함으로써 피스톤(111)의 이동을 정지한다. 토출구(115)로부터 토출된 수지 재료(130)는 그 토출구(115)의 상방에 쌓이고, 도 5에 도시된 바와 같이, 퇴적된 수지 재료(130B)가 형성된다.

피스톤(111)이 소정 스트로크만큼 이동을 정지하면 수지 재료(130)에 가해지는 압력이 서서히 해방되고, 검출되는 압력도 시간의 경과와 함께 저하한다. 압력이 저하해서 안정한 타이밍을 역치로 하고 있다. 이 역치압에 있어서, 커터(114)가 구동되어 퇴적된 수지 재료(130B)가 절단된다. 압력 센서(113)에서는 수지 재료(130)에 걸리는 압력을 반복해서 검출하고, 검출된 압력값을 미리 정한 역치(거의 상압)와 비교한다. 그리고, 검출된 압력이 소정값까지 감압된 것을 인식하면 커터 구동부(22)에 의한 커터(114)의 구동에 의해 수지 재료(130)를 절단하고, 토출구(115)의 상방에 퇴적된 수지 재료(130B)를 실린더(110) 내부의 수지 재료(130)로부터 절단한다. 절단된 수지 재료(130B)가 압축 성형용의 프리폼(15)으로서 이용된다. 피스톤이 수지 충전부의 위로 가지 않는 것, 피스톤에 의한 계량을 개시하기 전에 토출구까지 수지를 충전해 두는 것이 추가로 기재되기를 바란다.

이어서, 수지 재료(130B)의 절단시에 있어서의 커터의 구체적인 동작예를 도 6에 나타낸다.

즉, 수지 재료(130)를 토출구(115)로부터 토출하기 전에, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 토출구(115) 부근에는 수지 재료(130)가 존재하지 않고 있다. 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 수지 재료(130)의 토출에 의해 토출구(115)의 위치 및 그 주위에 퇴적된 수지 재료(130B)가 생성된다. 커터(114)를 구동할 때에는 수지 재료(130B)는 유리 전이점 온도(Tg) 이상의 온도를 유지시킨 괴상(lump state)으로 된다. 이어서, 블레이드(114a) 및 블레이드(114b)의 쌍방이 토출구(115)의 좌우에서 각각 수평방향으로 이동해서 토출구(115)에 접근하고, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 수지 재료(130B)의 하측에 인입되어 블레이드(114a)와 블레이드(114b)가 접촉한다. 이에 따라 수지 재료(130B)가 절단된다.

도 6에 도시된 구성예에서는 커터(114)는 토출구(115) 근방의 플레이트상에 설치되어 있지만 토출후의 수지를 절단할 수 있으면 어디에 배치되어 있어도 상관없다. 또한, 그 종류로서도 예컨대 3개 이상의 블레이드가 형성된 커터라도 좋고, 레이저 등을 이용하는 커터도 가능하다.

이상 설명한 각 실시형태의 렌즈 프리폼 성형 기구에 의해 하나씩 계량되어 추출되는 프리폼은 도 1에 도시된 바와 같은 핸들링 기구(40)에 의해 유지되고, 유리 전이점 온도 이상의 온도를 유지하면서 다음 공정인 압축 성형 공정(30)으로 이송되어 유리 전이점 이하의 일정 온도를 경과해서 제품이 된다.

상기 이외에도 렌즈 프리폼의 제공 수단으로서는 유리 전이점 이상의 온도로 가열되어서 압출기(도시되지 않음)로부터 송출되는 시트상의 수지 재료를 렌즈 프 리폼으로 블랭킹(blanking)하고, 이 유리 전이점 이상의 온도를 유지하고 있는 렌즈 프리폼을 유리 전이점 이하의 온도로 되어 있는 압축 성형 공정의 금형에 의해 제품 렌즈로 하는 구성도 있다.

또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 적당한 변형, 개량 등이 가능하다.

본 출원은 여기에 참조로서 포함되고, 2007년 3월 20일에 출원된 일본 특허 출원 2007-072253을 기초로 우선권을 주장한다.

Claims (6)

1. 유리 전이점 이상의 온도의 렌즈 프리폼을 준비하는 준비 공정과,

   유리 전이점 이상의 온도의 상기 렌즈 프리폼을 유리 전이점 이하의 일정 온도에서 렌즈 최종 치수를 부여하는 금형에 의해 압축해서 렌즈 성형하는 압축 성형 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 렌즈 프리폼의 준비 공정은 상기 렌즈와 동 중량의 렌즈 프리폼을 준비하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈 성형 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 렌즈의 성형 공정은 상기 렌즈 프리폼의 사출 성형을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈 성형 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 렌즈의 성형 공정은

   상기 렌즈 프리폼이 유리 전이점 이상의 온도에서 사출 성형기로부터 인출되는 단계; 및

   상기 사출 성형기로부터 인출된 상기 렌즈 프리폼을 즉시 압축용 금형에 투 입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈 성형 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 렌즈 프리폼의 준비 공정은

   용융 상태의 플라스틱을 일정 체적량 압출하는 단계; 및

   상기 압출된 용융 상태의 플라스틱을 컷팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈 성형 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 렌즈 프리폼의 준비 공정은 시트상 성형체로부터 상기 렌즈 프리폼을 펀칭 아웃하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈 성형 방법.

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