KR20130020846A - 성형품의 제조 방법, 유리 소재, 및 유리 소재와 성형형의 면 형상 결정 방법 - Google Patents

성형품의 제조 방법, 유리 소재, 및 유리 소재와 성형형의 면 형상 결정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형해 성형품을 얻는 것을 포함하는 성형품의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 유리 소재로서 윗면 및 아랫면이 구면 형상인 유리를 사용하고, 상기 성형형으로서 성형면이 구면을 제외한 자유 곡면 형상인 성형형을 사용하며, 상기 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면으로 성형한다. 또한 본 발명은 유리 소재, 및 유리 소재 및 성형형의 면 형상 결정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 열수하 성형법에 의해 원하는 형상의 성형품을 고정도로 제조할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 열수하 성형법에 사용되는 유리 소재 및 성형형의 면 형상을 용이하고 간편하게 결정할 수 있다.

Description

성형품의 제조 방법, 유리 소재, 및 유리 소재와 성형형의 면 형상 결정 방법{PROCESS FOR PRODUCTION OF MOLDED ARTICLES, GLASS MATERIAL, AND METHOD FOR DETERMING THE SURFACE SHAPES OF GLASS MATERIAL AND MOLD}
본 발명은 열수하 성형법 (hot sag forming method)에 따른 성형품의 제조 방법, 열수하 성형법에 사용되는 유리 소재 및 그 아랫면 형상 결정 방법, 및 열수하 성형법에 사용되는 성형형의 성형면 형상 결정 방법에 관한 것이다.
안경 렌즈용 유리 몰드의 성형 방법으로는 기계적 연삭 연마법이나, 기계적 연삭법이나 방전 가공 등의 전기적 가공법에 의해 작성한 내열성 모형을 이용해 이것에 유리 블랭크를 접촉 가열 연화시켜 모형의 면 형상을 전사하는 방법 등, 얻으려고 하는 면 형상마다 연삭 프로그램을 이용하거나, 대응하는 면 형상을 가지는 모형을 성형하는 방법이 채용되고 있다.
근래, 축 대칭의 비구면 렌즈 설계를 조립함으로써, 얇은 두께의 경량화를 도모한 다초점 안경 렌즈의 수요가 증대하고 있다. 그 때문에, 이와 같은 복잡한 형상의 안경 렌즈를 얻기 위한 몰드의 성형법으로서 열수하 성형법이 제안되고 있다 (일본 특개평 6-130333호 공보, 특개평 4-275930호 공보 참조).
열수하 성형법은 유리 등의 열연화성 물질로 이루어진 유리 소재를 형 위에 얹고 그 연화점 이상의 온도로 가열하는 것에 의해 유리 소재를 연화시켜 형과 밀착시킴으로써, 형 형상을 유리 소재의 윗면에 전사시켜 원하는 형상을 가지는 성형품을 얻는 성형법이다. 이와 같이, 열수하 성형법은 유리 소재 윗면을 형과 접촉시키지 않고 간접적으로 성형하는 성형법이기 때문에 윗면 형상의 제어는 용이하지 않다. 특히, 다초점 안경 렌즈용 몰드를 제조하기 위해서는, 비구면의 면 형상을 가지는 성형형이 사용되지만, 이와 같이 복잡한 형상을 유리 소재 윗면에 고정도로 전사하는 것은 매우 곤란했다.
또, 안경 렌즈의 광학면 형상은 도수 등에 따라 아이템마다 다르다. 그 때문에, 원하는 광학면을 성형하기 위한 렌즈용 몰드를 얻기 위해서는 성형형의 면 형상도 아이템에 따라 설계할 필요가 있다. 그러나, 가열 연화에 의해 유리 소재의 형상은 복잡하게 변화하기 때문에, 원하는 광학면에 대응하는 형상이 되도록 설계한 성형면을 가지는 성형형을 사용했다고 해도 유리 소재 윗면을 원하는 형상으로 성형하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 실제는 유리 소재, 성형형의 설계에 있어서는 유리 소재, 성형형 각각에 복수회의 형상 보정을 가하는 것이 행해지고 있다. 이와 같이, 원하는 형상의 성형품을 얻기 위한 유리 소재, 성형형의 설계는 용이하지 않다.
이러한 상황 하, 본 발명의 목적은 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 원하는 형상의 성형품을 제조하기 위한 유리 소재 및 성형형의 면 형상을 용이하고 간편하게 결정하기 위한 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 열심히 검토를 거듭한 결과, 구면을 제외한 자유 곡면 형상의 성형면에 있어서, 윗면 및 아랫면이 모두 구면인 유리 소재를 가열 연화해 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대해서 대략 오프셋면으로 성형함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 알아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은
성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형해 성형품을 얻는 것을 포함하는 성형품 제조 방법으로서,
상기 유리 소재로서 윗면 및 아랫면이 구면 형상인 유리를 사용하고,
상기 성형형으로서 성형면이 구면을 제외한 자유 곡면 형상인 성형형을 사용하여,
상기 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면으로 성형하는 성형품 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
구면을 제외한 자유 곡면 형상을 가지는 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면으로 성형해 성형품을 얻는 성형법에 사용되는 유리 소재로서,
윗면 및 아랫면이 구면 형상이고, 또한 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께인 유리 소재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형해 성형품을 얻는 성형법에 사용되는 성형형의 성형면 형상을 결정하는 방법으로서,
상기 성형면은 구면을 제외한 자유 곡면 형상이고,
상기 성형면의 형상을 유리 소재는 윗면 및 아랫면이 구면 형상이며, 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께로 하여, 상기 원하는 윗면 형상과 상기 유리 소재의 법선 방향 두께에 근거해 결정하는 성형형의 성형면 형상 결정 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형하는 것을 포함하는 성형품 제조 방법으로서,
상기 유리 소재로서 윗면 및 아랫면이 구면 형상이며, 또한 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께인 유리 소재를 사용하고,
상기 성형형으로서 구면을 제외한 자유 곡면 형상의 성형면을 갖고, 또한 본 발명의 성형면 형상 결정 방법에 따라 성형면 형상이 결정된 성형형을 사용하는 성형품 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형해 성형품을 얻는 성형법에 사용되는 유리 소재의 아랫면 형상을 결정하는 방법으로서,
상기 성형면은 구면을 제외한 자유 곡면 형상이며,
상기 아랫면의 형상을 유리 소재는 윗면 및 아랫면이 구면 형상이고, 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께로 하여 상기 원하는 윗면 형상과 상기 유리 소재의 법선 방향 두께에 근거해 결정된 성형면 형상에 근거해 결정하는 유리 소재의 아랫면 형상 결정 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형해 성형품을 얻는 성형법에 사용되는 유리 소재의 아랫면 형상을 결정하는 방법으로서,
상기 성형품은 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이며,
상기 안경 렌즈는 원용 굴절력 측정 기준점 및 근용 굴절력 측정 기준점을 각각 1개 가지는 누진 굴절력 렌즈이고,
상기 성형면은 구면을 제외한 자유 곡면 형상이며,
상기 아랫면의 형상을 유리 소재는 윗면 및 아랫면이 구면 형상이고 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께로 하여 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에서의 평균 곡률과 대략 동일한 평균 곡률을 가지는 구면 형상을 가지는 면으로서 결정하는 유리 소재의 아랫면 형상 결정 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형해 성형품을 얻는 것을 포함하는 성형품 제조 방법으로서,
상기 성형형으로서 구면을 제외한 자유 곡면 형상의 성형면을 가지는 성형형을 사용하고,
상기 유리 소재로서 윗면 및 아랫면이 구면 형상이고, 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께이며, 또한 본 발명의 아랫면 형상 결정 방법에 따라 아랫면 형상이 결정된 유리 소재를 사용하는 성형품 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 열수하 성형법에 의해 원하는 형상의 성형품을 고정도로 제조할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 열수하 성형법에 사용되는 유리 소재 및 성형형의 면 형상을 용이하고 간편하게 결정할 수 있다.
도 1은 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께인 유리의 일례 (단면도)를 나타낸다.
도 2는 연화 전후의 유리 소재와 성형형의 접촉 상태의 모식도를 나타낸다.
도 3은 판상 유리의 점탄성체 변형을 나타내는 도면이다.
도 4는 소정의 거칠기의 성형면을 가지는 성형형에 있어서의, 가열 연화 전후의 성형형과 유리 소재의 접촉 상태의 확대 모식도를 나타낸다.
도 5는 성형형 성형면 위의 관통공 배치의 구체예를 나타낸다.
도 6은 흡인 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 누진 다초점 렌즈의 S 도수 (평균 도수) 분포도이다.
도 8은 누진 다초점 렌즈의 C 도수 (원주 도수) 분포도이다.
도 9는 도 7의 S 도수 분포에 대응하는 조감도이다.
도 10은 도 8의 C 도수 분포에 대응하는 조감도이다.
도 11a는 누진 굴절력 플라스틱 렌즈의 단면을 나타내는 도면이다.
도 11b는 중심 대칭인 비구면 굴절력 플라스틱 렌즈의 단면을 나타내는 도면니다.
도 11c는 누진 굴절력 유리 렌즈의 단면을 나타내는 도면이다.
도 12는 성형 소재의 아랫면과 성형형 성형면의 접촉의 설명도이다.
도 13은 연화 전후의 지지 부재와 유리 소재 측면의 접촉 상태의 확대 모식도이다.
도 14는 도 2에 나타내는 환상 부재의 상면도를 도 14(a)에, 도 14(a)의 I-I선 단면도를 도 14(b)에 나타낸다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 성형품의 제조 방법은 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형하여 성형품을 얻는 것을 포함하는 성형품 제조 방법으로, 상기 유리 소재로서 윗면 및 아랫면이 구면 형상인 유리를 사용하고, 상기 성형형으로서 성형면이 구면을 제외한 자유 곡면 형상인 성형형을 사용하여, 상기 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면으로 성형하는 것이다.
본 발명의 성형품의 제조 방법에서는 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면에 성형한다. 성형형 성형면에 대한 오프셋면이란, 상기 면과 성형형 성형면의 법선 방향 간격이 일정한 면을 말한다. 이와 같이 오프셋이란, 서로 유사한 것과는 분명하게 다른 것이다. 또, 대략 오프셋면이란, 성형형 면 형상의 주된 요소가 오프셋으로 구성되어 있는 것을 말하며, 다른 목적으로 더해진 보정, 가공 오차 등과 합산되어 구성되는 면 형상을 포함하는 것으로 한다. 즉, 본 발명에 있어서 성형 후의 유리 소재 윗면과 성형형 성형면은 법선 방향 간격이 어느 위치에 있어서도 거의 같은 대략 오프셋의 관계에 있다. 본 발명의 성형품 제조 방법에 의하면, 유리 소재의 원하는 윗면 형상에 대하여 대략 오프셋면이 되는 성형면을 가지는 성형형을 사용함으로써, 원하는 형상의 성형품을 고정도로 제조할 수 있다. 게다가, 최종적으로 성형하고 싶은 면 형상 (유리 소재의 윗면 형상)이 결정되면, 이 면 형상에 대하여 대략 오프셋의 관계가 되도록 성형형 성형면을 설계하면 되기 때문에 성형면의 설계가 용이하다. 또한, 가공 및 설계가 용이한 양면 구면의 유리 소재로부터, 다초점 안경 렌즈용 몰드와 같이 복잡한 면 형상의 성형품을 얻을 수 있다는 이점도 있다.
본 발명에서는 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께인 유리 소재를 사용함으로써, 유리 소재 윗면이 성형형 성형면에 대하여 대략 오프셋면이 되도록 성형을 실시할 수 있다. 여기서, 「법선 방향으로 실질적으로 같은 두께」란, 유리 소재 위의 적어도 기하 중심, 또는 원용 도수 (遠用度數) 측정점을 포함하는 광학 중심점에서 측정한 법선 방향 두께의 변화율이 1.0% 이하, 바람직하게는 0.8% 이하인 것을 말한다.
이하에, 도 1에 기초하여 가열 연화 가공 전의 유리 소재의 형상에 대하여 설명한다. 도 1에, 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께의 유리의 일례 (단면도)를 나타낸다.
도 1 중, 유리 소재(206)는 요철면을 갖는 메니스커스 형상이며 외형은 원형이다. 또한, 유리 소재 오목면 (凹面)(202) 및 볼록면 (凸面)(201)의 표면 형상은 모두 구면 형상이다.
유리 소재 양면의 법선 방향이란, 유리 소재 표면 위의 임의의 위치에서 유리 소재 표면과 이루는 각도가 수직인 방향을 가리킨다. 따라서 법선 방향은 면 위의 각 위치에 따라서 변화한다. 예를 들어 도 1의 방향(204)은 유리 소재 오목면 위의 점(208)에서의 법선 방향을 나타내며, 법선 방향(204)이 요철면을 이루는 교점이 각각 208 및 209가 되기 때문에, 208과 209의 간격이 법선 방향의 두께가 된다. 한편, 다른 유리 오목면 위의 위치로서 예를 들어 210이나 212가 있으며, 그 법선 방향은 각각 방향 203과 방향 205이다. 법선 방향 203 위에서는 210과 211의 간격이, 법선 방향 205에서는 212와 213의 간격이 법선 방향의 두께가 된다. 법선 방향으로 같은 두께의 유리 소재에서는, 이와 같이 상하면의 법선 방향 간격이 동일한 값이 된다. 즉, 법선 방향으로 같은 두께의 유리 소재에서는, 상하면이 동일한 중심 (도 1 중의 207)을 공유하는 구면의 일부가 된다.
이에 관련하여, 도 2에 연화 전후의 유리 소재와 성형형의 접촉 상태의 모식도를 나타낸다. 본 발명자들은 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 유리 소재 아랫면 주연부 (rim portion)의 적어도 일부에 있어서 성형면과 밀착하며, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형형과 이간하도록 성형형 위에 배치된 유리 소재의 가열 연화에 의한 형상 변형에 대하여 검토를 거듭하였다. 그 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이 배치된 유리 소재는 가열 연화에 의해 유리 소재 윗면 (오목면)은 면과 평행 방향으로 축소하며, 아랫면 (볼록면)은 면에 평행한 방향으로 확대되도록 변형하는 것이 발견되었다. 그리고, 본 발명자들은 더욱 검토를 거듭한 결과, 유리 소재의 가열 연화에 의한 형상 변형에 있어서, 요철 양면의 법선 방향 간격이 형상 변화의 전후에 거의 변화하지 않고 유지되는 것을 발견하였다. 또한, 도 2에는 윗면이 오목면, 아랫면이 볼록면인 예를 나타내지만, 윗면이 볼록면, 아랫면이 오목면이더라도 마찬가지로, 요철면의 법선 방향 간격은 형상 변화의 전후에 거의 유지된다. 자세한 것은 아직도 해명되고 있지 않으나, 이것은 가열 연화에 의한 유리의 변형은 점탄성체의 변형과 같던지, 또는 근사할 수 있음에 기인하는 것으로 생각된다.
여기서 점탄성체에 대하여 개략적으로 설명한다. 우선 탄성체란, 힘을 가하면 그 힘의 크기에 비례하여 신장하고, 힘을 가하는 것을 그만두면 원래의 형태로 돌아오는 물체이다. 한편 점성체란, 힘을 가하면 서서히 변형해 가며, 힘을 가하는 것을 그만두면 그대로의 형상을 유지한다고 하는 특징을 갖는 물체이다. 그리고, 점탄성체란 탄성체와 점성체의 양쪽 모두의 성질을 가진 물체이며, 힘을 가하면 탄성체와 같이 변형해 가고, 힘을 가하는 것을 그만두면 그대로의 형상을 유지하는 성질을 갖는다. 이하에, 간략화를 위한 판상의 유리를 예로 들어, 점탄성체의 형상 변형에 대하여 추가로 설명한다.
도 3은 판상 유리의 점탄성체 변형을 나타내는 도면이다. 판상 유리가 가열 연화에 의해 변형되면, 판상 유리는 탄성체와 같이 원호상으로 변형하여, 한쪽 면은 성장하고 그 반대면은 줄어드는 것이라고 생각된다. 그러면, 유리 양면의 중간에는 신장도 축소도 하지 않는 면이 있다. 이것을 중립면이라고 하며, 그 단면을 중립선이라고 한다. 점탄성체에 근사할 수 있다고 하면, 도 3에서 중립선 AB의 곡률 반경을 R로 하면, 그곳으로부터 법선 방향으로 δR만큼 떨어진 곡선 CD의 길이는 (R + δR)θ로 근사할 수 있다.
한편, 점탄성체의 단면은 변형 후도 뒤틀리지 않고 평면을 유지하여 중립면 및 양면에 직교한다. 따라서, 가열 연화한 유리 소재가 탄성체와 마찬가지로 변형되고, 변형 후는 점성체와 같이 작용하여 변형 후의 형상이 유지된다. 본 발명자들은 이렇게 해서 유리 소재의 법선 방향의 두께는 실질적으로 변화하지 않고, 변형의 전후에 유리 소재의 상하면의 법선 방향 간격이 거의 유지되는 것을 발견하였다. 즉, 본 발명에 있어서 사용되는 유리 소재는 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께이며, 또한 상기 법선 방향 두께가 성형 전후에 실질적으로 변화하지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 「법선 방향 두께가 성형 전후에 실질적으로 변화하지 않는다」란, JIS 규정의 원용 측정점에서의 법선 방향 두께의 성형 전후의 변화율이 1% 이하인 것을 말한다.
이와 같은 유리 소재를 사용함으로써, 성형형 성형면에 대하여 오프셋 또는 대략 오프셋의 관계가 되도록 유리 소재 윗면을 고정도로 성형하는 것이 가능해진다.
상기와 같이 유리 소재를 점탄성체로 근사하기 위해서는, 유리 소재의 법선 방향 두께에 대하여 유리 소재의 외경이 충분히 큰 것 및 유리의 연직 방향 변형량에 대하여 유리 소재 외경이 충분히 큰 것이 바람직하다. 구체적으로는, 점탄성체로 간주할 수 있기 위하여 본 발명에서 사용되는 유리 소재는 법선 방향 두께가 2~10㎚인 것이 바람직하고, 5~7㎚인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 유리 소재의 외경은 60~90㎚인 것이 바람직하고, 65~86㎚인 것이 보다 바람직하다. 또한, 유리 소재의 외경이란 유리 소재의 아랫면 주연 단부의 임의의 1점과 주연 단부 위의 대향하는 점과의 거리를 말하는 것으로 한다.
또한, 본 발명은 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형하는 성형법에 사용되는 성형형의 성형면 형상을 결정하는 방법으로, 상기 성형면은 구면을 제외한 자유 곡면 형상이며, 상기 성형면의 형상을 유리 소재는 윗면 및 아랫면이 구면 형상이며 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께로 하여, 상기 원하는 윗면 형상과 상기 유리 소재의 법선 방향 두께에 기초하여 결정하는 성형형의 성형면 형상을 결정하는 방법에 관한 것이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 가열 연화에 의한 변형의 전후에 유리 소재의 상하면의 법선 방향 두께는 거의 유지된다. 따라서, 성형 후의 유리 소재의 윗면과 성형형 성형면의 법선 방향 간격은 성형 전의 유리 법선 방향 두께와 실질적으로 동일하다고 간주할 수 있다. 따라서, 성형형 성형면의 형상은 원하는 유리 소재 윗면 형상과 유리 소재의 법선 방향 두께에 기초하여 결정할 수 있다. 즉, 원하는 유리 소재 윗면 형상을 결정하고, 이어서 그 결정된 형상의 면과의 법선 방향 간격이 유리 소재의 법선 방향 두께와 일치하는 면을 결정함으로써 성형형 성형면의 면 형상을 결정할 수 있다.
또한, 본 발명은 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형하는 성형법에 사용되는 유리 소재의 아랫면 형상을 결정하는 방법으로서, 상기 성형면은 구면을 제외한 자유 곡면 형상이며, 상기 아랫면의 형상을 유리 소재는 윗면 및 아랫면이 구면 형상이며 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께로 하여, 상기 원하는 윗면 형상과 상기 유리 소재의 법선 방향 두께에 기초하여 결정된 성형면 형상에 기초하여 결정하는 유리 소재의 아랫면 형상을 결정하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 의해, 원용 굴절력 측정 기준점과 근용 굴절력 측정 기준점을 각각 1개 갖는 누진 굴절력 안경 렌즈용 몰드를 제조하는 경우, 유리 소재의 아랫면 형상을 상기 원용 굴절력 측정 기준점의 평균 곡률과 대략 동일한 평균 곡률을 갖는 구면 형상을 갖는 면이 되도록 결정하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 후술하는 바와 같이 적어도 소정의 3점에서 유리 소재 아랫면과 성형형 성형면을 맞닿게 할 수 있어, 비구면 형상의 성형형 성형면 위에 구면 형상의 유리 소재를 안정적으로 배치할 수 있다. 또한, 누진 굴절력 렌즈 및 굴절력 측정 기준점의 상세한 것은 후술한다. 또한, 본 발명에서는 법선 방향으로 같은 두께이며, 또한 상하면 모두 구면 형상의 유리 소재를 사용하기 때문에, 상기와 같이 유리 소재 아랫면 형상이 결정되면, 법선 방향 두께에 기초하여 유리 소재 윗면 형상도 결정할 수 있다.
한편, 본 발명에 의하면 양면 구면의 유리 소재를 사용하기 때문에, 단초점 안경 렌즈용 몰드를 제조하는 경우에는, 전술한 바와 같이 성형형 성형면의 형상이 결정되면, 결정된 성형형 성형면의 형상에 기초하여 유리 소재의 아랫면 형상을 결정할 수 있다. 이하, 아랫면 형상 결정 방법의 상세에 대하여 설명한다.
본 발명에서는 유리 소재의 아랫면은 구면이기 때문에, 구면의 중심과 임의의 원주상의 대향하는 2점의 합계 3점이 결정되면 곡률 반경이 구해져 아랫면 형상이 결정된다. 예를 들어, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 아랫면 주연 단부의 적어도 일부와 성형면이 밀착하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간된 상태가 되도록 성형형 위에 유리 소재를 배치하는 경우, 유리 소재 아랫면 주연 단부의 1점과 이 점과 대향하는 점 (도 2(a) 중, E 및 E')에서, 유리 소재 아랫면이 성형면과 접한다고 가정한다. 또한, 유리 소재의 아랫면은 구면이기 때문에, 상기 접촉 위치는 성형형 성형면 위의 중심으로부터 일정 거리의 원의 원주 위의 점이 되며, 양 점의 거리 (도 2(a) 중, E 및 E')는 유리 소재의 외경과 일치한다. 이어서, 성형형 성형면의 중심 위치로부터 연직 방향으로 거리 T만큼 떨어진 점 (도 2(a) 중의 C)을 특정한다. 거리 T는 가열 전의 유리 소재 아랫면과 성형형 성형면의 간격에 상당하며, 유리 소재의 치수, 열변형 특성 등을 고려하여 결정할 수 있으며, 예를 들어 0.2~5㎜로 할 수 있다.
이에 의해, E, E' 및 C를 통과하는 구면의 형상, 즉 유리 소재 아랫면 형상이 결정된다.
유리 소재의 아랫면 형상을 결정하는 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2(a) 중, E, E'를 연결하는 선 (도 2(a) 중의 점선)과 성형면 중심의 연직 방향의 거리를 dt(㎜), E-E'간의 거리를 D(㎜), 성형면의 평균 곡률을 R로 할 경우, 하기 식:
Figure pat00001
에 의해, dt를 구할 수 있다.
이어서, 구한 dt와 유리 소재 아랫면 중심과 성형면 중심의 거리 T(㎜)로부터, 하기 식:
Figure pat00002
에 의해, 아랫면의 곡률 반경 r을 구할 수 있다. 이상에 의해, 유리 소재의 아랫면 형상을 결정할 수 있다.
또한, 양면 구면이며 법선 방향으로 같은 두께인 유리 소재를 사용함으로써, 상기와 같이 유리 소재의 아랫면 형상이 결정되면, 결정된 아랫면 형상과 유리 소재의 법선 방향 두께로부터 유리 소재의 윗면 형상을 결정할 수 있다. 즉, 결정된 면 형상을 갖는 아랫면과의 법선 방향 간격이 유리 소재의 법선 방향 두께와 일치하는 면을 유리 소재의 윗면으로 할 수 있다.
본 발명에서는 이상과 같이 면 형상이 결정된 성형형 및 유리 소재를 사용하여 성형품을 제조할 수 있다. 또한, 이렇게 해서 결정된 면 형상의 성형형 및 유리 소재를 이용해서 고정도로 성형을 실시하기 위해서는, 점탄성체에 대한 근사를 양호하게 할 수 있는, 앞에서 기재한 바람직한 법선 방향 두께 및 외경을 가지는 유리 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 해서, 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면이 되도록 유리 소재 윗면 형상을 성형할 수 있다.
다음에, 본 발명에 있어서 사용 가능한 성형형에 대하여 설명한다.
유리 소재를 배치하는 성형형은 구면을 제외한 자유 곡면 형상의 성형면을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 열수하 성형법에 사용되는 공지의 성형형을 사용할 수 있다.
상기 자유 곡면 형상이란, 광학면 위의 원용부 측정 위치에서의 곡률과 그 외의 위치에서의 곡률이 다른 면에 의해서 구성되는 면 형상을 말하며, 예를 들어 축대칭 비구면 굴절력 렌즈, 누진 굴절력 렌즈, 양면 비구면형 누진 굴절력 렌즈 등의 광학면을 구성하는 면 형상이다.
그런데, 구면 형상이란 원용 측정부와 렌즈 광학면 위의 그 외의 위치에 있어서 곡률이 일정해지는 형상을 말한다. 한편, 축대칭 비구면 형상이란, 예를 들어 기하 중심에 배치된 원용부 측정 위치의 곡률과 렌즈 광학면 위의 그 외의 위치에서의 곡률이 다른 형상을 말한다. 일반적으로, 축대칭 비구면 렌즈는 기하 중심에 원용 측정부를 배치하고, 중심으로부터 렌즈 주연부에 이르는 주경선 (principal longitude) 위에서 렌즈 중심으로부터 멀어짐에 따라서 연속적으로 곡률이 증대, 또는 감소하는 형상이다. 중심 대칭 비구면 렌즈는, 예를 들어 도 11b의 단면을 갖는다. 또한, 누진 굴절력 렌즈는 노안용 누진 굴절력 렌즈로 이용되는 렌즈이다. 누진 굴절력 렌즈는 노안용 안경 렌즈면서 외관상은 용이하게 돋보기라고 알아차려지지 않는 이점이나, 원거리로부터 근거리까지 계속해서 연속적으로 명시할 수 있는 이점 등의 이유에서, 일반적으로 널리 이용되고 있다. 그렇지만, 한정된 렌즈 면적 중에 경계선을 개입시키지 않고, 먼 곳을 보기 위한 시야와 가까운 곳을 보기 위한 시야, 나아가서는 그러한 중간적인 거리를 보기 위한 시야와 같은 복수의 시야를 배치한다. 본 발명에 의해 가공 가능한 누진 굴절력 렌즈로는, 예를 들어, 제 1 로는 물체측 표면인 제 1 굴절 표면과 안구측 표면인 제 2 굴절 표면 중 어느 하나에 누진면을 가지는 편면 누진 굴절력 렌즈, 제 2 로는 물체측 표면인 제 1 굴절 표면과 안구측 표면인 제 2 굴절 표면으로 분할 배분되어 있는 누진 굴절력 작용을 구비하고, 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면을 맞추어 처방값에 기초한 원용 도수와 가입 도수를 부여하는 구성으로 되어 있는 양면 비구면형 누진 굴절력 렌즈를 들 수 있다. 누진 굴절력 렌즈는, 예를 들어 도 7~도 10의 도수 분포, 또는 도 11a 및 도 11c의 단면을 가진다.
또한, 본 발명에서는 소정의 거칠기의 성형면을 갖는 성형형을 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 열수하 성형법에 사용되는 성형형의 성형면은 연마 등에 의해 경면 가공된다. 그러나, 유리 소재와 접촉하는 성형형의 성형면이 연마면과 같은 평활면이면, 유리 소재와의 융착이 빈번하게 발생하여 유리 재료의 제거시에 성형형 표면을 손상시키는 등 하여 내구성이 저하될 우려가 있다. 이와는 대조적으로, 소정의 거칠기의 성형면을 가지는 성형형을 이용하면, 유리 소재와의 융착을 막을 수 있다. 이 점을 도 4에 기초하여 설명한다.
도 4에 소정의 거칠기의 성형면을 가지는 성형형에서의 가열 연화 전후의 성형형과 유리 소재의 접촉 상태의 확대 모식도를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 소정의 거칠기의 성형면에서는 연화의 진행과 함께 유리 소재의 일부에서 융착이 발생하더라도 융착은 성형면 전면에서는 발생하지 않으며, 볼록부의 일부에만으로 한정되어 유리 소재와 성형형의 성형면의 접착 강도가 강고해지지 않는다. 이렇기 때문에 성형형으로부터의 유리 소재의 제거가 용이해져서, 성형형 및 연화 후의 유리 소재 (성형품)의 손상을 방지할 수 있다. 단, 성형면의 거칠기가 과도하게 크면 유리 소재 윗면 형상에 영향을 미쳐서 원하는 면 형상을 얻을 수 없을 우려가 있다. 이상의 점을 고려하여, 성형형으로는 예를 들어, 최대 높이 Rmax가 0.1~100㎛의 범위이며, 또한 국부 정상의 평균 간격 S가 0.01~1.00㎜의 범위인 복수의 요철을 갖는 성형형을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 Rmax는 JIS BO601-1982에 규정된 표면 거칠기의 정의에 따라 측정된 값을 말한다. 또, 상기 국부 정상의 평균 간격 S는, 예를 들어 JIS K7125에 규정된 정의에 따라 측정된 값을 말한다. 상기 거칠기 최대 높이 Rmax는 바람직하게는 1~10㎛, 보다 바람직하게는 3~9㎛이다. 상기 국부 정상의 평균 간격 S는 바람직하게는 0.01~0.1㎜, 보다 바람직하게는 0.05~0.5㎜이다. 또, 상기 성형면의 거칠기는 JIS BO601-1982에 규정된 표면 거칠기의 정의에 따라 측정되는 산술 평균 거칠기 Ra로는 바람직하게는 0.01~10㎛, 보다 바람직하게는 0.1~1㎛, 더욱 바람직하게는 0.3~0.9㎛이다. 상기 범위 내이면 융착 방지와 성형 정도를 양립하는 것이 가능해진다.
상기 요철의 높이 및 간격의 측정은, 예를 들어 테일러 홉슨 (Taylor Hobson)사제의 폼 털리서프 (Form Talysurf)를 주로 사용하여 실시할 수 있다. 폼 털리서프는 루비 혹은 다이아몬드가 측정자의 선단에 배치되어, 측정자 선단이 렌즈의 표면 위를 접촉하면서 이동하여 렌즈 표면을 주사하여 표면 형상을 측정한다. 그 측정 주사 궤적은 통상 직선만으로 되어 있다. 측정은 표면의 일부에서 실시하며, 측정의 주사 방향이 성형형 성형면 요철에 직교하도록 실시한다. 측정 후는 측정값의 요철 높이와 간격으로부터 각각 성형형 성형면 요철 높이 및 요철 간격을 해석하여 구한다.
상기 성형형은 일반적으로 열수하 성형법에 사용되는 공지의 성형형에 사용되는 소재로 형성할 수 있다. 단, 금속은 연화 가공의 일반적인 최고 온도 800℃에서의 내구성이 부족하고, 또 열팽창율이 크기 때문에, 800℃에 가까운 온도 변화에서는 열팽창에 의해 형상이 크게 변형된다. 변형량이 크면 유리 소재와 성형형의 접촉면에서는 냉각시에 수축 차에 견디지 못하여 유리 재료 또는 성형형의 적어도 한쪽이 파손될 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 성형형은 팽창 계수가 유리 소재에 가깝고, 내구성이 뛰어난 내열성 재료로 형성한 것이 바람직하다. 내열성 재료로는, 예를 들어 알루미나계 (Al2O3), 알틱계 (Al2O3-TiC), 지르코니아 (ZrO2), 질화규소계 (Si3N4), 질화알루미늄계 (AlN), 탄화규소계 (SiC) 등의 SiO2, Al2O3 또는 MgO를 주성분으로 하는 세라믹이 적합하다. 여기서, 「주성분으로 한다」란, 상기 성분이 성형형 구성 성분의 50 중량% 이상을 차지하는 것을 말한다.
성형형 소재로는, 예를 들어 제 1 로는 굳기 (비커스 굳기 (Vickers hardness)) 7~24Hv, 휨 강도 400~2000MPa, 영률 (Young's modulus) 180~410GPa, 열전도율 3.0~170W/mk, 선팽창계수 4.30~10.8×10E-6, 내열 온도 750~850℃, 밀도 3.10~10.70g/㎤의 것이 적합하다. 또한, 제2로는 특히 굳기 (비커스 굳기) 7~15Hv, 영률 190~210GPa, 선팽창계수 6.0~7.0×10E-6, 내열 온도 775~825℃의 것이 바람직하다. 덧붙여서, 제 3 으로는 굳기 (비커스 굳기) 9~15Hv, 영률 180~402GPa, 선팽창계수 4.30~10.8×10E-6, 내열 온도 800℃ 이상의 것이 특히 바람직하다. 또한, 성형형 소재는 소수성인 것이 바람직하다.
상기 표면 거칠기를 가지는 성형면은 연마를 행하지 않고, 통상의 절삭 또는 연삭 가공만으로 얻을 수 있다. 본 발명에서는 구면 형상을 한 연마면을 가지는 고정도의 구면 형상 유리 소재와, 구면을 제외한 자유 곡면 형상형의 조합에 의해, 유리 소재 윗면에 구면을 제외한 자유 곡면의 광학면을 용이하게 형성할 수 있다. 상기 표면 거칠기의 성형면이면, 성형면을 자유 곡면 형상으로 연마한다고 하는 공정을 필요로 하지 않고 경면의 자유 곡면 유리 광학면을 얻을 수 있다. 이는 비용면 및 생산성의 점에서 큰 이점이다.
본 발명에서는 성형에 앞서 성형형 성형면 위에 유리 소재를 배치한다. 유리 소재는 유리 소재 아랫면 주연부의 적어도 일부에 있어서 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형형과 이간되도록 성형형 위에 배치할 수 있다. 본 발명에서는 구면을 제외한 자유 곡면 형상의 성형면 위에 아랫면이 구면 형상인 유리 소재를 배치하기 때문에, 유리 소재를 안정적으로 배치하기 위해서는 유리 소재를 아랫면 주연부의 적어도 3점이 성형면과 접촉하도록 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 성형품 제조 방법은 주형 (注型) 중합에 의해 안경 렌즈를 얻기 위한 안경 렌즈용 주형 (鑄型) 또는 주형의 일부를 제조하는 방법으로 적용할 수 있다. 일반적으로 안경 렌즈는 단초점 안경 렌즈, 다초점 안경 렌즈 및 누진 굴절력 안경 렌즈로 분류된다. 누진 굴절력 렌즈에 대해서는 JIS T 7315, JIS T 7330에 개략이 기재되어 있다. 이하에, 누진 굴절력 안경 렌즈에 대하여 설명한다.
누진 굴절력 렌즈는 원방, 중간, 근방 각각의 시야 영역을 사용 빈도에 따라 배분할 수 있는 렌즈이다. 사용 빈도가 높은 원용 영역을 넓게 취하는 경우가 많아, 원방 중시, 근방 중시에 따라 설계된다. 대물 거리에 대응한 시야 영역의 넓이의 차이로 용도가 다르며, 범용 누진 굴절력 렌즈, 중근 누진 굴절력 렌즈, 근근 누진 굴절력 렌즈의 3종류로 크게 나눌 수 있다. 원방 중시 타입, 원중 중시 타입이라고 불리는 것도 있다. 범용 누진 굴절력 렌즈는 원근 양용으로 이용되며, 원방으로부터 근방까지 볼 수 있는 기능을 갖고 있으나, 중간 영역이나 근용 영역의 시야의 넓이에 제한이 있다. 일반적으로 원근의 시야 영역이 넓을수록, 중간 영역측에 누진 특유의 흔들림이나 일그러짐이 생기기 쉽다. 중근 누진 굴절력 렌즈는 원용 영역을 한정함으로써 중간 영역이나 근용 영역을 넓게 가지고 있다. 원용 영역은 범용보다 위쪽의 위치이며, 긴 누진대를 갖기 때문에 누진 특유의 흔들림이나 일그러짐이 적지만, 원방시에는 적합하지 않다. 근근 누진 굴절력 렌즈는 주로 근용 영역에서 원용 영역이 없기 때문에, 단초점 렌즈로 분류되기도 한다. 상기 어느 분류의 누진 굴절력 렌즈라도 본 발명의 제조 방법 또는 후술하는 본 발명의 성형형을 이용하여 제조되는 성형품을 주형으로 이용하여 제조되는 대상 렌즈로 적합하다.
누진 굴절력 렌즈는 렌즈의 요철면에서의 누진 요소의 배치에 따라 3종류로 분류된다. 제 1 로 볼록면에 누진면을 배치한 볼록면 (외면) 누진 굴절력 렌즈, 제 2 로 오목면에 누진면을 배치한 오목면 (내면) 누진 굴절력 렌즈, 제 3 으로 양면에 누진 요소를 분할 배치한 양면 비구면형 누진 굴절력 렌즈 (양면 복합 누진이라고도 함)이다.
볼록면형 누진 굴절로력 렌즈는 볼록면에 누진면을 가지며, 볼록면의 광학면 표면 형상에 의해 누진 굴절력을 형성하고 있다. 오목면 누진 굴절로력 렌즈도 요철의 차이를 제외하면 같다.
양면 비구면형 누진 굴절력 렌즈는 「외면 누진 굴절력 렌즈」와 「내면 누진 굴절력 렌즈」의 양쪽 모두의 장점을 함께 갖기 때문에, 누진대의 길이와 관계된 세로 방향의 굴절력 변화를 볼록면측에, 흔들림이나 일그러짐에 관계된 가로 방향의 굴절력 변화를 오목면측에 분할 배치한 구조를 갖는 누진 굴절력 렌즈이다. 이 「양면 복합 누진」의 면은 표리 모두 누진면이 아닌 특수한 비구면으로 구성되어 있으며, 표리 모두 누진면을 이용하여 소정의 가입 도수를 표리에서 분담하는 종래의 「양면 누진 굴절력 렌즈」와는 구조적으로 다른 누진 굴절력 렌즈이다. 렌즈의 양면을 복합적으로 활용할 수 있기 때문에, 원중근 모두에 대해 깨끗한 시야를 넓힐 수 있으며, 특히 렌즈 주변부에서의 흔들림이나 일그러짐이 개선되고 있다.
안경 렌즈의 굴절률을 측정하는 기준점으로 JIS T7315, JIS T7313 또는 JIS T7330에 굴절력 측정 기준점이 규정되어 있다. 굴절력 측정 기준점은, 안경 렌즈의 물체측 또는 안구측의 면 위의, 예를 들어 직경 8.0~8.5㎜ 정도의 원으로 둘러싸인 부분이다. 굴절력 측정 기준점은 단초점 안경 렌즈에서는 렌즈 표면 중앙부에 위치한다. 또, 누진 굴절력 렌즈 및 다초점 안경 렌즈는 복수의 굴절력 측정 기준점을 갖는다. 후술하는 바와 같이, 누진 굴절력 렌즈는 범용 누진 굴절력 렌즈, 중근 누진 굴절력 렌즈, 근근 누진 굴절력 렌즈의 3종류로 크게 나눌 수 있다. 범용 누진 굴절력 렌즈 및 중근 누진 굴절력 렌즈에는 원용부 측정 기준점과 근용부 측정 기준점이라고 하는 2개의 굴절력 측정 기준점이 존재하고, 근근 누진 굴절 렌즈에는 2개의 근용부 측정 기준점이 존재한다.
누진 렌즈는 일반적으로 상하 좌우 비대칭인 비구면 형상으로 형성되어 있어 구면 형상과 비교해서 복잡한 형상으로 구성된다. 누진 굴절력 렌즈의 원용부 측정 기준점과 근용부 측정 기준점 사이에 위치하는 중간 영역은 누진대라고 불리며, 굴절력이 누진적으로 변화하고 있다. 또한, 근용부 측정 기준점은 주자오선 (main meridian)으로부터 좌우 중 어느 하나의 위치의 안구의 폭주 (輻輳, convergence)에 상당하는 위치에 배치되어 있어, 안구의 좌우 구분에 따라 주자오선의 좌우 중 어느 하나에 배치될지가 결정된다. 따라서, 볼록면 누진 렌즈의 경우, 볼록면은 좌우상하 비대칭인 비구면 형상이다. 이와 같은 면 형상을 형성하기 위한 주형 윗면도 비구면 형상이기 때문에, 이 주형 윗면 형상 (원하는 유리 소재 윗면 형상)과 대략 오프셋의 관계에 있는 성형형 성형면의 형상도 좌우상하 비대칭인 비구면 형상이 된다. 그러나, 유리 소재는 구면 형상이다. 상하좌우 비대칭인 형 위에 구면 형상의 유리 재료를 재치하면 안정된 상태로 고정할 수 없어 불안정해지는 경우가 있다. 양면 비구면형 누진 굴절력 렌즈의 경우도 마찬가지이다. 비구면 형상의 성형면 위에 구면 형상의 유리 소재를 안정적으로 배치하기 위해서는 적어도 유리 소재 아랫면 주연부의, 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점 및 근용 굴절력 측정 기준점측의 1점이 성형면과 접촉하도록 성형형 위에 유리 소재를 배치하는 것이 바람직하다. 유리 소재가 성형되어 성형품 (주형 또는 그 일부)이 되었을 경우, 상기 주형에서는 유리 소재 윗면 (성형면과 밀착한 면과는 반대의 면)이었던 면이 안경 렌즈에 전사된다. 상기 유리 소재 아랫면의 「굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치」란, 얻어지는 주형 표면에서 안경 렌즈의 굴절력 측정 기준점에 전사되는 부분이 되는 유리 소재 윗면의 부분에 대향하는 유리 소재 아랫면의 부분을 말한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 유리 소재 아랫면을 최종적으로 얻고자 하는 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에서의 평균 곡률과 대략 동일한 평균 곡률을 가지는 구면 형상으로 형성함으로써, 상기 3점을 지지점으로 하여 유리 소재를 성형면 위에 안정적으로 배치할 수 있다.
도 12(a)는 누진 굴절력 렌즈용 주형을 제조하기 위한 성형 소재의 아랫면과 성형형 성형면의 접촉의 설명도이다. 도 12(a) 중, 지지점 A, B, C는 유리 소재 아랫면의 성형면과의 접촉점이다. 도 12(a) 중, 2개의 얼라인먼트 기준 위치를 통과하는 렌즈의 수평선 (수평 기준선 또는 주경선이라고도 함)에 상당하는 선으로부터 상부의 지지점 A, B가 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점이며, 자오선보다 하부의 지지점 C가 근용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 1점이다. 도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점은 유리 소재 아랫면에서의 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점을 통과하는 주자오선에 상당하는 선에 대하여 대칭으로 위치하는 것이 바람직하다. 또, 근용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 지지점은 최종적으로 얻고자 하는 렌즈가 한쪽 면만 누진면을 갖는 표면 형상의 경우, 도 12(a)에 나타내는 바와 같이 주자오선에 상당하는 선에 대하여 근용 굴절력 측정 기준점과 반대의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 최종적으로 얻고자 하는 렌즈가 누진 요소를 가지는 비구면 형상 (예를 들어 HOYA(주)제 HOYALUXiD의 볼록면)의 경우, 도 12(b)에 나타내는 바와 같이 근용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 접촉점은 주자오선에 상당하는 선상 (도 12(b) 중의 지지점 F)에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 유리 소재 아랫면의 「원용 굴절력 측정 기준점을 통과하는 주자오선에 상당하는 선」이란, 주형 표면에서 안경 렌즈의 상기 주자오선이 위치하는 부분에 전사되는 부분이 되는 유리 소재 윗면의 부분에 대향하는 유리 소재 아랫면의 부분을 말한다.
이상 설명한 형태에서는, 적어도 상기 3점이 접촉점 (지지점)이 되는 것이 바람직하나, 4점 이상에서 접촉하는 것도 물론 가능하다.
한편, 단초점 안경 렌즈는 아랫면 주연부 전주 (entire circumference)에서 성형면과 접촉하도록 배치하는 것이 바람직하다.
유리 소재로는 특별히 한정되지 않으나, 크라운계, 플린트계, 바륨계, 인산염계, 불소함유계, 플루오르인산계 등의 유리가 적합하다. 유리 소재의 구성 성분으로 제 1 로는, 예를 들어 SiO2, B2O3, Al2O3을 포함하며, 유리 재료 조성은 몰 백분율로 SiO2가 45~85%, Al203가 4~32%, Na2O + Li2O가 8~30% (단 Li2O는 Na2O + Li2O의 70% 이하), Zn0 및/또는 F2의 합계량이 2~13% (단 F2 < 8%), Li2O + Na20/Al2O3가 2/3~4/1, SiO2 + Al2O3 + Na2O + Li2O + ZnO + F2 > 90%가 되는 유리가 적합하다.
또 제 2 로는, 예를 들어 유리 재료 조성은 몰 백분율로 SiO2가 50~76%, Al2O3이 4.8~14.9%, Na2O + Li2O가 13.8~27.3% (단 Li2O는 Na2O + Li2O의 70% 이하), Zn0 및/또는 F2의 합계량이 3~11% (단 F2 < 8%), Li2O + Na2O/Al2O3이 2/3~4/1, SiO2 + Al2O3 + Li2O + Na2O + Li2O + ZnO + F2 > 90%가 되는 유리가 바람직하다.
아울러, 제 3 으로는 예를 들어,
SiO2 (47.8%), Al2O3 (14.0%), Na2O (12.1%), B2O3(%), ZnO (6.0%), F2 (2%), MgO (2%), Li2O (16.1%), As2O3 (0.3%)으로 이루어진 유리 조성:
또한 제4로는 예를 들어,
SiO2 (63.6%), Al2O3 (12.8%), Na2O (10.5%), B2O3 (1.5%), Zn0 (6.3%), Li2O (4.8%), As2O3 (0.3%), Sb2O3 (0.2%)으로 이루어진 유리 조성은 더욱 바람직하다. 그리고, 10%를 넘지 않는 범위에서 다른 금속 산화물, 예를 들어 MgO, PbO, CdO, B2O3, TiO2, ZrO2나 착색 금속 산화물 등을 유리의 안정화, 용융의 용이, 착색 등을 위해서 첨가할 수 있다.
또, 유리 재료의 다른 특징으로, 예를 들어 열적 성질은 왜점 (distortion point) 460~483℃, 서냉점 (annealing point) 490~621℃, 연화점 610~770℃, 유리 전이 온도 (Tg)가 510~665℃, 굴복점 (yield point, Ts)이 535~575℃, 비중은 2.47~3.65(g/㎤), 굴절률은 Nd1.52300~1.8061, 열확산 비율은 0.3~0.4㎠*분, 푸아송비 (Poisson's ratio) 0.17~0.26, 광탄성 정수 2.82×10E-12, 영률 6420~9000kgf/㎟, 선팽창계수 8~10×10E-6/℃가 적합하며, 또 왜점 460℃, 서냉점 490℃, 연화점 650℃, 유리 전이 온도(Tg)가 485℃, 굴복점(Ts)이 535℃, 비중은 2.47(g/㎤), 굴절률은 Nd 1.52300, 열확산 비율은 0.3576㎠*분, 푸아송비 0.214, 광탄성 정수 2.82×10E-12, 영률 8340kgf/㎟, 선팽창계수 8.5×10E-6/℃가 특히 바람직하다.
상기 유리 소재의 윗면 및 아랫면 형상의 설계에 대해서는 앞에서 설명한 바와 같이, 결정된 면 형상이 되도록 유리를 가공함으로써 성형 대상이 되는 유리 소재를 얻을 수 있다. 유리 소재의 가공은 공지의 방법으로 실시할 수 있다. 유리 소재의 형상은 상하 양면이 구면이면 특별히 한정되지 않으며, 구상, 타원형상, 회전 대칭 형상 (토릭 렌즈(toric lens), 비구면 회전 대칭 굴절력 렌즈), 자유 곡면 형상 (누진 굴절력 렌즈, 비구면형 양면 굴절력 렌즈) 등인 것이 가능하며, 바람직하게는 양면에 구면의 연마면을 갖는 메니스커스 형상이다. 유리 소재의 표면은 경면 (鏡面)으로 하는 것이 바람직하다. 그 표면 조도 (粗度)는 거칠기 최대 높이 Rmax 0.04㎛ 이하인 것이 바람직하며, 산술 평균 거칠기 Ra는 0.005㎛ 이하인 것이 바람직하다. 유리 소재의 거칠기의 하한값은, 예를 들어 최대 거칠기 Rmax에서 0.01㎛, 산술 평균 거칠기 Ra에서 0.01㎛이다.
유리 소재를 성형형 성형면 위에 배치한 후, 유리 소재를 성형형 위에서 변형 가능한 온도까지 가열한다. 변형 가능한 온도란, 유리 전이점(Tg) 이상의 온도인 것이 바람직하다. 가열은, 공지의 방법, 예를 들어 성형형을 전기로 내에 배치하여 실시할 수 있다. 유리 소재가 설정한 온도가 되도록 전기로 내의 분위기 온도를 제어함으로써 성형 소재를 원하는 온도로 가열할 수 있다. 또한, 온도 제어의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 가열 전에는 유리 소재 아랫면과 성형형 사이에는 일부에 틈새가 만들어져 완전하게 밀착하고 있지 않다. 이 상태에서 유리 소재를 가열하면 연화에 의해 유리 소재의 유동성이 증가하여, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 유리 소재 아랫면이 성형면과 밀착된 상태가 된다. 또한, 여기서 말하는 「밀착」이란, 성형면 표면의 요철 내에까지 유리 소재가 침입한 상태를 의미하는 것이 아니다.
본 발명에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 유리 소재를 배치한 성형형 위에 폐색 부재를 배치하고, 유리 소재를 배치한 성형형의 성형면측 개방부를 폐색하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서의 「폐색」이란, 티끌이나 먼지 등의 이물이 출입하지 않을 정도로 내부 공간을 외부와 격리하는 것을 의미하나, 기체의 출입은 허용하는 것으로 한다.
가열 연화된 유리 소재의 표면은 반응성이 매우 높다. 성형 공정은 통상 장시간에 걸치기 때문에, 그 동안에 공기 중의 티끌이나 전기로 내의 쓰레기 등의 이물이 유리 소재 윗면에 부착하면 견고하게 고착하여 성형 정도가 저하되고, 나아가서는 광학면을 형성할 수 없게 될 우려가 있다. 이와는 대조적으로, 폐색 부재에 의해 유리 소재의 성형면측 개방부를 폐색한 상태에서, 유리 소재를 가열 연화하여 성형하면, 상기와 같은 이물 혼입을 방지할 수 있다. 또, 상기와 같이 폐색 부재를 이용하면, 전기로를 포함하는 대규모 클린 룸 장치를 설치할 필요가 없어진다고 하는 이점도 있다.
상기 폐색 부재는 유리 소재를 배치한 성형형의 성형면측 개방부를 폐색할 수 있는 형상을 갖는 것이면 된다. 그와 같은 폐색 부재의 일례를, 도 2에 기초하여 설명한다. 단, 본 발명은 도 2에 나타내는 형태로 한정되지 않는다. 또, 이하에서는 폐색 부재가 뚜껑 부재인 형태에 대하여 설명하겠으나, 본 발명에서의 폐색 부재는 뚜껑 형상의 것으로 한정되는 것이 아니다.
또한, 도 2에 나타내는 형태에서는, 뚜껑 부재와 성형형 사이에 환상의 지지 부재를 배치하고, 지지 부재 외주의 단차부에 있는 끝면과 뚜껑 부재 개구부 끝면을 끼워 맞추고 있다. 이와 같은 지지 부재를 사용하지 않는 경우는, 성형형 외주부에 폐색 부재 지지를 위한 단차부를 마련하고, 상기 단차부 끝면과 폐색 부재 개구부를 끼워 맞추면 된다.
도 2에 나타내는 뚜껑 부재는 원주 형상의 일부를 이루고 있으며, 원주 형상의 한쪽 바닥면만이 개구되어 내부에 공간이 형성되어 있다. 폐색 부재의 치수는 특별히 한정되지 않으나, 내충격성과 열전도 효율의 관점에서, 두께는 1~5㎜ 정도, 내부 높이는 5~100㎜ 정도, 특히 30~60㎜가 적합하다.
도 2에 나타내는 뚜껑 부재에는 내부에 단차 생김부 (step mount part)가 형성되어 있으며, 단차 생김부로부터 개구부를 향하하는 측면의 두께는 단차 생김부로부터 윗면으로 향하여 측면보다 얇게 되어 있다. 이와 같이 폐색 부재의 개구부 끝면의 두께를 얇게 함으로써, 폐색 부재와 지지 부재 (지지 부재를 사용하지 않는 경우는 성형형)와의 접촉면이 작아져서, 폐색 부재의 자중에 의해 주어지는 개구부 끝면에 가해지는 단위 면적당 압력이 높아지기 때문에, 폐색 부재 내부의 기밀성을 높일 수 있다. 또, 도 2에 나타내는 바와 같이 지지 부재를 사용하는 경우, 뚜껑 부재의 개구부 끝면의 면적을 작게 하면, 지지 부재의 폐색 부재의 접촉부의 면적을 작게 할 수 있어 지지 부재 전체의 소형화로 이어진다. 지지 부재의 소형화에 의해, 지지 부재의 열팽창의 양이 감소하기 때문에 폐색 부재의 기밀성을 향상시킬 수 있다.
성형형 또는 지지 부재와 끼워 맞추는 폐색 부재의 개구부 끝면은 밀폐성 향상을 위해 평활면으로 하는 것이 바람직하다. 또, 유리 소재의 열 분포를 균일하게 하기 위해서는, 폐색 부재의 개구부와 대향하는 내측 윗면은 유리 소재 윗면 형상과 근사한 형상으로 하는 것이 바람직하고, 유리 소재 윗면 형상과 대략 서로 유사한 형상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 뚜껑 부재의 개구부와 대향하는 내측 윗면을 대략 평면으로 하는 것도 바람직하다. 폐색 부재의 내측 윗면 형상을 유리 소재 윗면 형상과 근사한 형상으로 하면, 성형형 위에 배치된 유리 소재에 폐색 부재로부터의 복사열을 균등하게 조사하여, 유리 소재의 열 분포의 균일성을 높일 수 있다. 단, 유리 소재의 윗면 형상은 아이템에 따라서 다르다. 따라서, 윗면 형상이 다른 복수의 유리 소재를 성형할 때에도 유리 소재의 열 분포의 균일성을 확보하기 위해서는, 폐색 부재의 내측 윗면은 대략 평면으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 폐색 부재의 내측 윗면의 주연부는 도 1에 나타내는 바와 같이, 모서리가 둥그스름한 형상으로 하는 것이 바람직하다. 모서리가 있으면 부분적으로 열 분포가 불균일해지기 쉬어지나, 도 1에 나타내는 바와 같이 둥그스름한 형상으로 함으로써, 폐색 부재 내부의 열 분포를 균일하게 할 수 있다. 또, 예를 들어 세라믹제의 뚜껑 부재의 경우, 세라믹의 성질로 인하여 모서리가 있으면 손상되기 쉽기 때문에, 상기와 같이 둥그스름한 형상으로 하는 것이 내구성 향상의 효과도 있다.
상기 폐색 부재는 성형형 또는 성형형 위에 배치된 지지 부재와 끼워 맞춤으로써 폐색 부재 내부를 외부 분위기로부터 격리한다. 이와 같이 폐색 부재 내부의 분위기를 외부로부터 격리함으로써, 티끌이나 쓰레기 등의 이물의 비산, 혼입을 방지할 뿐만 아니라, 유리 소재가 노출되는 분위기의 온도 분포의 불균일 및 급격한 온도 변화를 완화시키는 완충 효과도 얻을 수 있다. 종래의 열수하 성형법에서는 유리 소재는 성형형 위에 배치되어 성형형과 함께 로 내에 도입된다. 그러나, 로 내의 열 분포는 균일하지 않기 때문에, 로 내에서 복수의 유리 소재를 균등하게 가열하는 것은 곤란하다. 또, 로의 온도 변화가 직접 유리 소재에 영향을 주기 때문에 급격한 온도 변화에 의해 변형 등이 생길 우려도 있다.
이와는 대조적으로, 상기 폐색 부재는 외부의 열을 잠시 유지하여 폐색 부재 자체가 균일한 온도 분포가 된다. 그리고, 축적된 열은 폐색 부재로부터 내부로 방사된다. 전술한 바와 같이 폐색 부재의 내측 윗면 형상을 조정함으로써, 폐색 부재 각부를 열원으로 하여 방사된 열이 유리 소재에 균등하게 조사되도록 제어하여 유리 소재를 균일하게 가열할 수 있다. 또, 로 내의 급격한 온도 변화가 폐색 부재에 의해서 완화되기 때문에 급격한 온도 변화에 의한 변형 등의 발생을 막을 수도 있다. 유리 소재의 가열 연화를 양호하게 실시하기 위해서는, 상기 폐색 부재의 열전도율은 3~170W/mk인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90~120W/mk이다.
상기 폐색 부재는 내열성이 뛰어난 세라믹 재료로 이루어진 것이 바람직하다. 세라믹 재료로는, 예를 들어 알루미나계 (Al2O3), 알틱계 (Al2O3-TiC), 지르코니아 (ZrO2), 질화규소계 (Si3N4), 질화알루미늄계 (AlN), 탄화규소계 (SiC) 등의 SiO2, Al2O3, MgO를 주성분으로 하는 세라믹이 적합하다. 여기서, 「주성분으로 한다」란, 상기 성분이 폐색 부재 구성 성분의 50 중량% 이상을 차지하는 것을 말한다.
폐색 부재의 소재로서 바람직한 내열성 재료는, 예를 들어 SiO2, Al2O3, MgO를 99% 이상, 그 외에 K2O 등을 포함하는 세라믹이다.
폐색 부재의 재질로는, 예를 들어 제 1 로는 굳기 (비커스 굳기) 7~24Hv, 휨 강도 400~2000MPa, 영률 180~410GPa, 선팽창계수 4.30~10.8×10E-6, 내열 온도 750~850℃, 밀도 3.10~10.70g/㎤의 것이 적합하다. 또한, 제 2 로는 특히 굳기 (비커스 굳기) 7~15Hv, 영률 190~210GPa, 선팽창계수 6.0~7.0×10E-6, 내열 온도 775~825℃의 것이 바람직하다. 덧붙여서, 제 3 으로는 굳기 (비커스 굳기) 9~15Hv, 영률 180~402GPa, 선팽창계수 4.30~10.8×10E-6, 내열 온도 800℃ 이상의 것이 특히 바람직하다. 또한, 폐색 부재의 소재는 소수성인 것이 적합하다.
폐색 부재의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 세라믹제 뚜껑 부재의 경우는, 분말 치금법에 따라 제조할 수 있다. 구체적으로는, 세라믹 분말의 과립분을 뚜껑 부재의 주형이 되는 금형에 채워 프레스 성형한다. 이어서, 성형된 세라믹을, 예를 들어 1000℃ 이상의 고온 (예를 들어 1550~1750℃)에서 소정 시간 (예를 들어 10시간 정도) 가열함으로써, 세라믹 소결체인 뚜껑 부재를 얻을 수 있다. 그 후, 바람직하게는 폐색 부재의 개구부 끝면을 평활 가공한다. 평활 가공은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 모따기 (chamfering) 방법을 이용하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 총형 다이아몬드 접시의 평면 타입을 가공 장치의 아래 축에 장착하고, 약 200~300rpm으로 회전시켜 뚜껑 부재 개구부 측면을 연삭함으로써 평활면으로 할 수 있다. 또한, 평활 가공에서는 냉각을 위해 물을 가공면에 공급 (예를 들어 약 1~2 L/분)하는 것이 바람직하다.
세라믹제 폐색 부재의 경우, 폐색 부재의 내측 윗면에는 입자 비산 방지 가공을 하는 것이 바람직하다. 이것은 성형 중에 세라믹의 미립자가 낙하하여, 유리 소재 윗면을 오염시키는 것을 방지하기 위함이다. 입자 비산 방지 가공으로는, 상유 (glaze)를 도포, 소성하는 방법을 이용할 수 있다. 전술의 폐색 부재 제조 공정에 있어서, 프레스 성형 후, 소성 전에 상유를 폐색 부재 내측 윗면에 도포함으로써 소성에 의해 상유를 뚜껑 부재 내측 윗면에 밀착시킬 수 있다. 또한, 이 입자 비산 방지 처리는 적어도 유리 소재 윗면과 대향하는 폐색 부재 내측 윗면에 실시하면 된다. 또, 후술하는 바와 같이 성형형에 마련한 관통공을 통하여 흡인을 실시하면서 성형을 하는 경우는 입자 비산 방지 가공을 폐색 부재 내측 윗면에 실시하고, 측면은 미처리로 하여 통기성을 확보하는 것이 바람직하다.
상유는 일반적으로 도자기의 표면에 광택을 부여하기 위해 이용되는, 유리 입자를 포함하는 점성 물질이다. 일반적인 상유는 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, Fe2O, Li2O 등으로 이루어진다. 폐색 부재 내측 윗면에 상유를 도포한 후, 융점보다 고온에서 소성하면, 유리 입자가 용해되기 때문에 폐색 부재 내면에 코팅층이 형성되어, 이 코팅층에 의해 유리 소재 내측 윗면으로부터의 세라믹 입자의 비산을 방지할 수 있다. 상유로는 유리 소재의 가열 연화 온도보다 고온의 융점을 가지는 것, 예를 들어 1150~1300℃에 융점을 갖는 것을 사용할 수 있다. 유리 소재의 가열 연화 온도보다 고융점의 상유에 의해 형성된 코팅층은 성형 중에 용해되지 않고 유지되어 입자 비산 방지 효과를 발휘할 수 있기 때문에 바람직하다.
또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 성형형 주연부에 지지 부재를 배치할 수도 있다. 이 지지 부재는 유리 소재의 위치 결정에 유효하다. 이하에, 지지 부재에 의한 지지에 대하여 설명한다.
유리 소재를 지지 부재에 의해 지지하는 경우, 유리 소재를 유리 소재 아랫면 주연부의 적어도 일부가 성형면과 밀착하여, 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간된 상태가 되도록 배치하고, 또한 지지 부재에 의한 지지를 유리 소재 측면 하방부가 지지 부재와 이간된 상태에서, 유리 소재 측면 상단부의 적어도 일부를 지지 부재에 의해서 유지하도록 실시하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 유리 소재의 배치 및 지지 부재에 의한 지지를 실시함으로써, 유리 소재와 지지 부재의 융착을 일으키지 않고 지지 부재에 의해 성형형 위의 유리 소재의 위치 결정, 지지를 실시할 수 있다. 이하, 이 점에 대하여 도 1 및 도 13에 기초하여 설명한다. 단, 본 발명은 하기 형태로 한정되지 않는다.
도 2에 나타내는 형태에서는, 아랫면이 볼록면, 윗면이 오목면인 메니스커스 형상의 유리 소재를 볼록면 형상의 성형형 성형면에 배치하고 있다. 도 13은 연화 전후의 지지 부재와 유리 소재 측면의 접촉 상태의 확대 모식도이다.
우선, 성형 개시에 있어서 유리 소재를 지지 부재에 의해 지지한 상태에서 성형형 성형면 위에 배치한다. 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 지지 부재에 의한 지지는 유리 소재 측면 하방부는 지지 부재와 이간된 상태에서, 유리 소재 측면 상단부의 적어도 일부를 상기 지지 부재에 의해 지지함으로써 실시하는 것이 바람직하다. 여기서, 유리 소재 측면 상단부는, 예를 들어 유리 소재 측면의 위쪽 4/5의 범위이고, 바람직하게는 위쪽 1/2의 범위이며, 유리 소재 측면 하방부란, 상기와 같이 지지 부재에 의해 지지되는 부분보다 아래에 위치하는 부분을 말한다.
또한, 성형 개시에 있어서 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 유리 소재를 유리 소재 아랫면 주연부가 성형면과 밀착하여, 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간된 상태가 되도록 성형형 성형면 위에 배치한다. 여기서, 유리 소재 아랫면 중심부란, 예를 들어 성형면 중심으로부터 반경 1/2까지의 위치를 말하며, 바람직하게는 성형면 중심으로부터 반경 50㎜까지의 위치를 말한다. 또, 성형면과 밀착하는 유리 소재 아랫면 주연부는 상기 유리 소재 아랫면 중심부보다 외측에 위치하는 부분이다. 성형 개시시에는, 성형형 성형면과의 접촉부는 유리 소재 아랫면 주연부만이며, 주연부로부터 내측의 유리 소재 기하 중심을 향하는 모든 범위에서, 재치된 유리 소재 아랫면과 성형면은 이간된 상태로 있어 공간을 형성한다.
이와 같이, 아랫면 주연부에서만 성형형 성형면과 접촉시킨 상태에서, 유리 소재를 가열 연화하면 가열에 수반하여 연화된 유리 소재 중심부가 자중에 의해 연직 방향으로 변형되어, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 아랫면 중심부가 성형면과 접촉한 상태가 된다. 이 아랫면의 형상 변화에 의해, 유리 소재 윗면은 미소량 수축하는 형상 변화를 일으킨다. 본 발명에서는 유리 소재를 측면 상단부에서만 지지 부재에 의해 지지하기 때문에, 상기 유리 소재 윗면의 수축에 의해 유리 소재와 지지 부재의 접촉이 해제되어, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이 지지 부재가 유리 소재와 이간된다. 한편, 유리 소재 주연부는 성형 개시시부터 성형면과 접촉한 상태에 있기 때문에 열팽창에 의한 확대가 억제되므로 유리 소재 측면 하방부와 지지 부재의 비접촉 상태를 유지할 수 있다. 이렇게 해서, 적어도 유리 소재 아랫면 전면이 성형형 성형면에 밀착했을 때에는 유리 소재는 지지 부재와 이간된 상태로 할 수 있다. 이렇게 해서, 유리 소재와 지지 부재의 융착을 일으키지 않고, 성형형 위의 유리 소재의 위치 결정을 실시하여 가열 연화시의 위치 어긋남을 방지함으로써 고정도로 성형을 실시할 수 있다. 또, 성형중, 유리 소재 측면 하방부는 지지 부재와 접촉하지 않기 때문에, 열팽창의 차이에 의해 압박받지 않고 일그러짐 등의 발생을 방지할 수도 있다.
또한, 상기와 같이 지지를 실시하면, 유리 소재의 가열 연화에 의한 형상 변화 (유리 소재 아랫면 중심부의 성형면과 접촉하는 방향으로의 이동, 및 그에 따른 유리 소재 윗면의 수축)에 동반하여 유리 소재와 지지 부재의 접촉이 해제되기 때문에 융착 회피를 위해서 지지 부재를 제거할 필요는 없다. 따라서, 지지 부재를 성형형 위로부터 제거하지 않고, 유리 소재와 지지 부재의 융착을 일으키지 않고 성형을 실시할 수 있다. 이상의 형태에서는, 적어도 유리 소재 측면 상단부와 지지 부재가 이간할 때까지의 동안, 나아가서는 유리 소재 윗면의 성형이 완료할 때까지의 동안, 성형형 위에서의 지지 부재의 고정 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 정확한 위치 결정을 행하여 성형 정도를 높일 수 있다.
다음에, 상기 지지 부재 및 지지 부재에 의한 지지의 상세에 관하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 지지 부재는 유리 소재 측면 하방부와의 비접촉 상태를 유지하면서, 유리 소재 측면 상단부의 적어도 일부를 지지하는 것이 가능한 형상을 가지는 것이 바람직하다. 그러한 지지 부재의 일례로는 도 14에 단면도를 나타내는 바와 같이, 유리 소재 외주 끝면을 따라서 원형 모양을 이루어 유리 소재를 재치하는 부분이 공간이 되는 환상 부재를 들 수 있다. 도 1에 나타내는 환상 부재의 상면도를 도 14(a)에, 도 14(a)의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도를 도 14(b)에 나타낸다.
상기 지지 부재는 유리 소재 측면 상단부의 적어도 일부를 지지하면 되지만, 유리 소재를 안정적으로 지지하기 위해서는, 유리 소재 측면 상단부의 적어도 3점과 맞닿게 함으로써 유리 소재를 지지하는 것이 바람직하고, 유리 소재 측면 상단부 전주와 맞닿게 함으로써 유리 소재를 지지하는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들면, 도 2에 나타내는 환상 부재는 도 13에 나타내는 바와 같이, 그 내주에 돌기부(1101)와 끝면(1102)을 갖고, 돌기부(1101)가 유리 소재 측면 상단부와 맞닿게 함으로써, 유리 소재를 지지할 수 있다. 끝면(1102)은 유리 소재 측면에 면하고 있으나, 이 측면과는 비접촉 상태에 있는 면이다. 또한, 상기 돌기부는 반드시 지지 부재 내주 전주에 배치할 필요는 없고, 부분적으로 배치하는 것도 가능하다. 예를 들면, 지지 부재 내주 상에 예를 들면, 3개 이상의 돌출부를, 바람직하게는 같은 각도로 배치하는 것도 가능하다. 단, 확실한 위치 결정 지지를 실시하기 위해서는 상기 돌기부를 지지 부재 내주 전주에 환상으로 형성하는 것이 바람직하다.
돌기부(1101)의 형상은 위치 결정 지지하는 유리 소재의 치수 및 형상을 고려해서 결정할 수 있다. 예를 들면, 지지 부재 내주 전주에 돌기부(1101)를 형성하는 경우, 돌기부(1101)의 내경은 예를 들면, 외경 60~90㎜의 유리 소재를 이용하는 경우, 유리 소재의 외경을 기준으로 하여 유리 소재의 외형에 대해서 공차 - 0 ~ +0.05 ㎜의 범위로 할 수 있다. 돌기부(1101)의 유리 소재 측면 상단부와의 접촉부의 폭 (도 13 중의 d)은 유리 소재를 지지 가능하고, 또한 연화 후에 이간 가능한 정도의 폭으로 하는 것이 바람직하며, 예를 들면 유리 소재 측면의 폭 (도 13 중의 D)이 3~20㎜인 경우에는, 예를 들면 D의 10~20% 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 돌기부(1101) 상연부 (upper rim portion)가 유리 소재 상연부와 접촉하도록 배치하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 13에 나타내는 바와 같이, 지지 부재는 성형형 주연의 상부에 끼워 맞춰 배치할 수 있다. 그리고, 성형형과 끼워 맞춰지는 끝면(1105)의 형상은 성형형의 형상에 맞추어 설정하는 것이 바람직하고, 예를 들면 상기 외경의 유리 소재를 이용하는 경우, 성형형의 외경을 기준으로 하여 공차 + 0.1㎜~0.2㎜로 할 수 있다. 또, 성형형 측면에 단차 생김부를 마련해 지지 부재 외주 저면과 끼워 맞춤으로써, 지지 부재를 보다 안정적으로 지지할 수 있다.
전술한 바와 같이 폐색 부재를 사용하는 경우에는, 예를 들면 도 13에 나타내는 바와 같이 유리 소재 외주의 단차부에 있는 끝면(1103)과 방진 뚜껑의 개구부를 끼워 맞춰 방진 뚜껑을 배치한다. 끝면(1103)의 폭은 방진 뚜껑의 개구부에 대해서 충분한 면적이면 되고, 예를 들면 6~8㎜ 정도로 할 수 있다. 또한, 끝면(1103)의 표면은 방진 뚜껑과의 밀착성을 높이기 위해 경면 가공할 수 있다.
상기 지지 부재는 내주부에 마련한 돌기부(1101)로 재치되는 유리 소재 측면 상단부의 적어도 일부, 바람직하게는 유리 소재 측면 상단부 전주위를 지지해, 유리 소재를 성형형 성형면의 원하는 위치에 배치하기 위한 위치 결정을 실시한다. 상기 원하는 위치란, 예를 들면 성형형 성형면의 기하 중심과 유리 소재의 광학 중심 또는 기하 중심이 일치하는 위치이다.
상기 지지 부재는 내열성 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 내열성 재료로는 내열 스테인레스재가 바람직하고, 예를 들면 오스테나이트계가 적합하다. 오스테나이트계 스테인레스재는 C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo를 포함하는 조성으로 이루어진 것이다. 함유하는 화학 성분의 비율 (중량%)은, 예를 들면 C가 0.08% 이하, Si가 1.50% 이하, Mn이 2.00% 이하, P가 0.045% 이하, S가 0.030% 이하, Ni가 19.00~22.00%, Cr가 24.00~26.00%이다. 구체적으로는, 고크롬·고니켈계의 SUS310S를 이용할 수 있다.
지지 부재의 형상 가공은 머신닝 센터 또는 NC 프라이스반 (milling disk)을 이용해 실시할 수 있다. 지지 부재 표면에는 내구성 향상을 위해 산화 피막을 형성하는 것이 바람직하다. 피막 형성을 위한 표면 처리로는, 예를 들면 전해 연마 마무리 또는 정전 도장 등을 이용할 수 있다.
본 발명에서는 성형면으로부터 성형면과 반대 면에 관통하는 관통공을 가지는 성형형을 사용해, 상기 성형시에 관통공을 통해 흡인을 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 성형면에 관통공을 마련해 흡인을 실시함으로써, 유리 소재의 변형 시간을 단축시킬 수 있고 생산성을 높일 수 있다. 또, 도 4에 확대 모식도를 나타낸 바와 같이, 표면에 요철을 가지는 성형형을 이용하는 경우는 가열 연화에 의해 형 성형면과 유리 소재 아랫면을 밀착시킨 후도, 성형면과 유리 소재의 사이에는 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 공간이 존재한다. 이 공간이 형성됨으로써, 전술한 바와 같이 융착 방지 효과를 얻을 수 있지만, 한편 이 공간에 공기가 잔류해 에어 포켓 (air pocket)이 형성된다. 에어 포켓이 성형면과 유리 소재의 사이에 체류하면, 공기의 배출이 행해지지 않고 갇혀지는 일이 있다. 그런데 에어 포켓은 성형면과 유리 소재 사이에 공간을 형성해, 유리 소재가 성형면과 접촉해 성형면에 의한 유리 소재의 형상 제어를 저해하는 요인이 될 우려가 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 소정의 거친 성형면을 가지는 성형형을 사용하는 경우는 성형면에 관통공을 마련하고 흡인을 실시해 이 에어 포켓을 제거하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 폐색 부재를 사용하면서 흡인을 실시하는 경우, 폐색 부재의 밀폐성이 과도하게 높으면 흡인 펌프의 맥동이 불균일하게 되는 경우가 있다. 또한, 흡인 펌프의 흡인력 한도까지 흡인한 후에는 관통공으로부터의 흡인이 행해지지 않게 되는 경우도 있다. 따라서, 성형면에 관통공을 마련하고 흡인을 실시하는 경우는 흡인시의 유량을 제어해 흡인 펌프의 맥동을 평활화하기 때문에 소정의 통기성을 가지는 폐색 부재를 이용하는 것이 바람직하다. 소정의 통기성을 가지는 폐색 부재를 이용하면, 폐색 부재 내부가 어느 정도의 음압이 되면 외기가 도입되기 때문에 폐색 부재 내부가 극단적인 음압이 되어 흡인이 정지하는 것을 막을 수 있다. 또, 폐색 부재 내부에 도입되는 외기는 폐색 부재가 필터의 역할을 다해 티끌이나 먼지 등의 이물 혼입이 방지되므로 청정도에 문제는 없다.
이와 같이, 소정의 통기성을 확보하기 위해 폐색 부재는 다공질 재료로 구성하는 것이 바람직하고, 그 기공율은, 예를 들면 5~80%이며, 30~40%인 것이 바람직하다. 또, 전술한 바와 같이 입자 비산 방지 가공을 실시하는 경우에는 폐색 부재 내측 윗면에만 처리를 실시함으로써, 측면의 통기성을 유지할 수 있다.
본 발명에 의해 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부를 제조함에 있어, 관통공을 가지는 성형형을 사용하는 경우 관통공의 성형면측 개구는 성형형 성형면과 유리 소재 아랫면의 밀착시 유리 소재 아랫면의 상기 안경 렌즈에서의 굴절률 측정부에 상당하는 위치와 서로 겹치지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.
상기 주형은 구체적으로는 2매의 주형을 환상의 개스킷에 장착해 주형과 개스킷에 의해 형성되는 캐비티 내에 렌즈 원료액을 주입해 중합을 실시함으로써 안경 렌즈를 제조할 때에 사용할 수 있다. 일반적으로, 이 방법에 사용되는 성형형의 설계는 안경 렌즈의 면 형상을 결정 (설계값 결정) → 안경 렌즈의 설계값을 주형의 면 형상으로 변환 (주형의 설계값 결정) → 주형의 설계값을 성형형의 면 형상으로 변환이라는 순서로 진행된다. 각 변환은 공지의 방법으로 실시할 수 있고, 바람직하게는 먼저 설명한 본 발명의 면 형상 결정 방법에 따라 실시할 수 있다. 이렇게 해 결정된 면 형상을 가지는 성형형을 이용해 제조된 주형의 캐비티 내부에 위치하는 면의 형상이 안경 렌즈에 전사됨으로써, 광학 기능면을 형성할 수 있다. 그러나, 성형되는 주형에 관통공을 통한 흡인에 기인하는 의도하지 않았던 변형이 생기면 설계값과는 다른 형상의 광학 기능면이 형성되게 된다. 안경 렌즈에 있어서 광학 특성에 가장 크게 영향을 주는 위치는 굴절력 측정 기준점이다. 이 부분의 면 형상이 설계값으로부터 크게 어긋나면, 원하는 굴절률을 가지는 안경 렌즈를 얻는 것은 곤란해진다. 따라서, 주형 표면의 안경 렌즈에 전사되어 굴절력 측정 기준점을 형성하는 위치에 전사되는 개소에 전술한 변형이 생기는 것을 막기 위해서 성형형의 성형면에 성형면과 유리 소재 아랫면이 밀착할 때에 유리 소재 아랫면의 안경 렌즈에서의 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치와 서로 겹치지 않도록 관통공 개구를 배치하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치에 흡인에 기인하는 변형이 없는 안경 렌즈용 주형 (또는 그 일부)을 얻을 수 있고, 이 주형을 사용함으로써 원하는 광학 특성을 가지는 고품질인 안경 렌즈를 얻을 수 있다.
다음에, 상기 관통공의 배치에 대해 설명한다.
상기 관통공은 1개여도 되지만, 바람직하게는 복수 마련한다. 성형형에 형성하는 관통공의 수는 특별히 한정되는 것은 아니고 적절히 결정할 수 있지만, 예를 들면 80~100㎜ 정도의 직경을 가지는 성형면의 경우 성형면 위에 6~60개 정도의 관통공 개구를 배치할 수 있다. 또, 복수의 관통공은 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 성형면 전면에 동일 간격으로 균등하게 마련할 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 성형면과 유리 소재 아랫면이 밀착할 때에 유리 소재 아랫면의 안경 렌즈에서의 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치가 성형면측 개구와 서로 겹치지 않도록 관통공을 마련하는 것이 바람직하다. 성형형의 관통공은, 바람직하게는 적어도 성형면의 주연부에 배치하고, 보다 바람직하게는 유리 소재의 외경보다 작은 범위 내에서 적어도 2중의 동심원주상에 복수개 배치한다.
또한, 여기서 성형면 주연부란, 성형면 중심부를 둘러싸는 부분을 말하고, 성형면 중심부란, 예를 들면 성형면 중심으로부터 반경 1/2까지의 위치를 말한다.
도 5(b) 및 5(c)는 성형형 성형면의 기하 중심 부근에는 관통공은 배치하지 않고, 성형면 주연부에 관통공을 배치한 예이다. 이들 경우도 성형면과 유리 소재 아랫면이 밀착할 때에 유리 소재 아랫면의 안경 렌즈에서의 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치가 성형면측 개구와 서로 겹치지 않도록 관통공을 마련하는 것이 바람직하다. 아울러, 도 5(b)에서는 배치된 주연부의 관통공은 복수의 동심원 상에 같은 간격으로 배치되어, 중심으로 가까운 위치에서는 관통공의 단위 면적당 관통공의 수를 줄이고, 중심으로부터 멀어짐에 따라 단위 면적당 관통공의 수를 증가시키고 있다. 즉, 관통공은 중심부로부터 주연부를 향해서 증가해서 배치되어 있다 (중심 부근에는 적게, 주연부에서는 많이 배치되어 있음). 본 발명자들의 검토 결과, 상기와 같이 관통공을 배치함으로써, 특히 유리 소재로서 유리 재료를 이용하는 경우 확실한 전사성을 확보할 수 있고, 아울러 전면에서의 열연화 변형을 균일하게 하여 유리 재료 내부의 일그러짐 발생 회피를 억제할 수 있는 것을 알아냈다. 이유에 대해 상세하게는 아직도 밝혀지지 않았지만, 다음과 같이 추측된다.
유리 재료의 변형 속도 및 변형의 용이함은 중심부가 가장 크고, 한편 주변부에 있어서는 비교적 변형 속도가 작고, 더욱이 변형하기 어려운 성질이 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 유리 소재의 아랫면이 볼록면, 형 성형면이 오목면인 경우 유리 재료 지지 부분은 유리 재료의 외주 끝부이다. 이 경우, 유리 재료의 성형면에 의해 지지를 받는 주단부 (perimeter edge portion)는 가열 연화시에도 이동하기 어렵고, 주단부 주변의 연화에 의한 변형을 저해하는 요인으로서 작용해, 외주부는 변형 속도가 작아져 형상 변형되기 여렵다고 생각된다. 한편, 중심부는 지지 부분이 없어 연화에 의한 변형을 저해하는 요인이 없다. 실제 유리 재료의 변형은 중앙부로부터 발생해 차례차례 주변부로 파급해 진행하는 것이 본 발명자들에 의해서 밝혀졌다.
그렇지만, 유리 재료 주연부와 중앙부에서의 변형 속도의 차이는 유리 재료 내부에 일그러짐을 발생시키는 요인이 되는 경우가 있다. 유리 재료 중앙부가 선행해 열연화 변형하고 주연부에서는 변형하지 않으면, 유리 재료의 중심부와 주연부의 사이에는 일그러짐이 발생하기 때문이다. 더욱이, 주변부에서의 변형 속도가 작은 것 및 변형하기 어려운 것은 전사 정도를 저하시키는 요인도 된다. 따라서, 관통공을 형 성형면 주연부에 많이 배치해 변형하기 어려운 주연부 흡인력의 배분을 강화하고, 변형하기 쉬운 중심부는 적게 배치해 단위 면적당 흡인력을 적절히 배분함으로써 확실한 전사성을 확보하고, 아울러 전면에서의 열연화 변형을 균일하게 행해 유리 재료 내부의 일그러짐 발생을 회피할 수 있다고 생각된다. 이와 같이, 관통공의 배치에 의해 유리 재료의 장소에 의한 변형 속도, 변형의 용이성의 차이를 제어하여 유리 형상의 전사 재현성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 관통공을 통해 흡인을 실시함으로써, 전술한 바와 같이 유리 소재의 변형 시간을 단축해 생산성을 높일 수 있다는 이점도 있다.
관통공의 배치는 성형하는 소재마다 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 가공 대상의 형상이 평균 곡률 8커브 이상 등 비교적 커브가 큰 경우는 도 5(b)가, 평균 곡률 5커브 이하 등 비교적 커브가 작은 경우는 도 5(c)가 적합하다. 또, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 전면에 균등하게 관통공을 배치하는 것은 누진 굴절력 렌즈 등의 자유 곡면 형상에 대해 적합하다.
관통공을 통해 흡인을 실시하면서 고정도로 성형을 실시하기 위해서는, 관통공의 직경, 흡인시 유리 소재의 점도, 유리 소재의 두께, 흡인 압력이 하기 식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 특히, 전술한 바와 같이 성형면의 표면 조도가 높은 성형형을 사용하는 경우 관통공을 통해 과도하게 흡인을 실시하면, 성형면의 표면 거칠기나 관통공 형상이 유리 소재 윗면 형상에 영향을 미칠 우려가 있기 때문에 흡인을 실시하는 경우는 하기 식 1을 만족하도록 실시하는 것이 바람직하다. 또, 흡인 펌프의 맥동을 평활화하기 위해서는 하기 식 1을 만족하는 조건에서 흡인을 실시하고, 아울러 전술한 바와 같이 적당한 통기성을 가지는 폐색 부재를 사용하는 것이 바람직하다.
[식 1]
Figure pat00003
식 1은 구체적으로는 하기 식 1-1일 수 있다.
[식 1-1]
Figure pat00004
상기 식 중, H는 관통공의 직경(㎜), V는 흡인시 유리 소재의 점도(poise), T는 유리 소재의 두께(㎜), P는 흡인 압력(㎜Hg/㎠)이다. 단, 1poise = 0.1Pa·s이다. 그리고, K는 계수이며 1.8~3.0×10-9가 적합함).
구체적으로는 관통공의 직경은 0.3~0.5㎜, 흡인시 유리 소재의 점도는 6.81×10+7~1.26×10+8poise, 유리 소재의 두께는 4~7㎜, 흡인 압력은 80~120㎜Hg/㎠ (≒ 1.0×104~1.6×104Pa/㎠)로 할 수 있다.
또한, 유리 소재의 두께는 성형중 동일하게 간주하고, 상기 식 1에 있어서 유리 소재의 두께는 성형 개시시의 두께로 한다. 본 발명에서는 상기 식 1에 기초하여 가열 연화시의 유리 소재의 온도를 열전대 (thermocouple) 등으로 모니터해 유리 소재의 점도를 산출하여 흡인 압력을 설정할 수 있고, 또 사용하는 유리 소재의 점도 특성으로부터 구해지는 점도와 온도의 상관으로부터, 흡인 압력을 설정할 수도 있다.
다음에, 흡인 방법에 대해 도 6에 근거해 설명한다. 도 6은 흡인 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 단, 본 발명은 도 6에 나타내는 태양으로 한정되는 것은 아니다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 유리 소재를 배치한 성형형(402)을 흡인대(403)에 배치한다. 흡인은 흡인대(403) 및 흡인 펌프부(404)로 실시한다. 흡인대(403)는 성형형의 재치 장소가 오목 형상으로 움푹 패인 중공의 판상의 대이다. 소재는, 예를 들면 내열 스테인레스재 (SUS310S)이며, 흡인대 윗면의 성형형 재치 장소에는 흡기구(407)가 배치되어 있다. 아울러, 흡인대 아랫면에는 흡기된 기체를 흡인 펌프로 송출하기 위한 배기구가 있어, 흡인 펌프에 연결된 흡인 단자(405)에 접속되어 있다. 흡인 압력은 앞서 나타낸 식 1을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하고, 예를 들면 80~120㎜Hg (≒ 1.0×104~1.6×104Pa)로 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 성형품 제조 방법의 구체적 태양에 대해 설명한다. 단, 본 발명은 하기 태양으로 한정되는 것은 아니다.
우선, 바람직하게는 클린룸 내에서 성형면을 위로 해 성형형을 설치한다. 전술한 바와 같이 지지 부재를 이용하는 경우에는, 성형면 주연부 및 측면의 단차 생김부에 지지 부재를 끼워 맞춘다. 그리고, 지지 부재를 따라서 유리 소재를 성형면의 소정의 위치에 재치한다. 수평 방향에는 유리 소재측부 끝면이 지지 부재에 의해 지지 고정되고, 한편 수직 방향에는 유리 소재 아랫면의 주연부 단면이 성형형의 성형면과 접촉해 지지 고정된다. 그리고, 유리 소재 성형형과의 접촉면측의 중앙부는 형 성형면으로부터 이간하고 있다. 이간 거리는 성형면 소재 아랫면 및 형 성형면의 형상에 따라 다르지만, 통상 약 0.1~2.0㎜정도이다.
이어서, 바람직하게는 뚜껑 부재를 지지 부재와 끼워 맞춰 재치한다. 뚜껑 부재로 유리 소재를 배치한 성형형 상부 개방부를 폐색한 후, 클린룸으로부터 전기로로 반송하고, 전기로의 흡인대에 성형형, 지지 부재, 유리 소재, 뚜껑 부재의 조합을 흡인대에 재치해 전기로에 의해 가열 처리 및 흡인 장치에 의해 흡인 처리를 실시한다. 이물 혼입을 확실히 방지하기 위해서는 이와 같이 클린룸 내에서 유리 소재의 성형형에 대한 배치 등을 실시하는 것이 바람직하다.
전기로에 있어서, 미리 설정된 온도 프로그램에 근거해 온도 제어를 하면서 가열 연화 처리를 실시할 수 있다. 전기로로는 배치형 전기로, 연속 투입형 전기로 중 어느 하나를 이용해도 된다. 우선, 배치형 전기로에 관해 설명한다.
배치형 전기로는 비교적 작은 닫힌 공간 내에 피가공물을 설치해, 미리 결정된 온도 프로그램에 따라서 로 내의 온도를 변화시키는 장치이다. 복수의 센서를 구비해 복수의 센서에 의해 온도를 계측하고, 각 히터를 제어해 온도 관리를 할 수 있다. 배치형의 열 연화로는 내부에 피가공물을 지지하는 지지부가 있다. 아울러 지지부는 로 내에서 가동한다. 지지부가 가동함으로써 로내의 장소에 의한 온도 분포의 불균형을 평균화할 수 있다.
다음에 연속 투입형 전기로에 대해 설명한다.
연속 투입형 전기로는 입구와 출구를 가지고 있어 설정된 온도 분포의 전기로 내부를 컨베이어 등의 반송 장치에 의해서 피가공물을 일정 시간 통과시켜 열처리를 실시하는 장치이다. 연속 투입형 전기 로에서는 발열과 방열을 고려한 복수의 히터와 로 내 공기 순환의 제어 구조에 의해서, 로 내부의 온도 분포를 균일화할 수 있다.
전기로의 각 센서와 히터의 온도 제어에는 PID 제어를 이용할 수 있다. 또한, PID 제어는 프로그램된 원하는 온도와 실제 온도의 편차를 검출해, 원하는 온도와의 편차가 0이 되도록 되돌리기 (피드백) 위한 제어 방법이다. 그리고 PID 제어란, 편차로부터 출력을 계산할 때에 「비례 (Proportional)」, 「적분 (Integral)」, 「미분 (Differential)」적으로 구하는 방법이다. PID 제어의 일반식을 다음에 나타낸다.
Figure pat00005
상기 식 중, e는 편차, K는 이득 (gain) (첨자 P의 이득을 비례 이득, 첨자 I의 이득을 적분 이득, 첨자 D의 이득을 미분 이득), Δt는 샘플 시간 (샘플링 시간, 제어 주기), 첨자 n은 현재의 시각을 나타낸다.
PID 제어를 이용함으로써, 투입된 처리물 형상 및 수량에 의한 열량 분포의 변화에 대한 로 내 온도의 온도 제어 정도를 높게 할 수 있다. 또, 전기로 내에서의 반속은 무접동 방식 (예를 들면, 워킹 빔)을 채용할 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 연속 투입형 전기로의 구체적 태양은 반송 방식이 무접동 방식, 온도 제어가 PID 제어, 온도 측정기는 "플래티나 (Platina)제 K 열전대 30포인트", 최고 사용 온도는 800℃, 상용 사용 온도는 590~650℃, 내부 분위기는 드라이 에어 (오일더스트 프리), 분위기 제어는 입구 에어 커튼, 로 내 퍼지, 출구 에어 커튼, 온도 제어 정도는 ±3℃, 냉각 방법은 공냉, 흡인부는 로 내 3포지션이다.
전기로 내의 온도는 가열 승온에 의해 실온으로부터 유리 전이점을 넘어 유리 연화점 미만까지 상승시킬 수 있다. 유리 연화점 미만에서 일정 시간 온도를 유지한 후, 서서히 냉각해 실온까지 온도를 내리는 것이 바람직하다.
전기로 내의 온도 제어는 소정 시간을 1사이클로서 행할 수 있다.
이하에, 유리 소재로서 유리 재료를 이용해 17시간을 1사이클로 하는 온도 제어의 일례를 설명한다. 단, 본 발명은 이하에 나타내는 태양으로 한정되는 것은 아니다.
로 내의 온도 제어는 7개의 공정으로 실시할 수 있다. 제 1 공정은 (A) 예비 승온 공정, 제 2 공정은 (B) 급속 가열 승온 공정, 제 3 공정은 (C) 저속 가열 승온 공정, 제 4 공정은 (D) 정온 유지 공정, 제 5 공정은 (E) 저속 냉각 공정, 제 6 공정은 (F) 급속 냉각 공정, 제 7 공정은 (G) 자연 냉각 공정이다.
제 1 공정인 (A) 예비 승온 공정에 있어서는, 실온 부근의 일정 온도에서 90분간 고정한다. 유리 재료 각부의 온도 분포를 균일하게 해 가열 연화 가공의 온도 제어에 의한 유리재의 열 분포가 용이하게 재현할 수 있도록 위함이다. 고정하는 온도는 실온 정도 (약 20~30℃)의 여하한 온도에서 실시한다.
제 2 공정은 (B) 급속 가열 승온 공정이며, 실온 (예를 들면 25℃)으로부터 유리 전이 온도 (이후 Tg라고도 함) - 50℃ (이후 T1라고도 함)까지, 예를 들면 4℃/분의 속도로 약 90분 가열한다. 그리고 제 3 공정인 (C) 저속 가열 상온 공정은 온도 T1으로부터 유리 연화점 - 약 50℃ (이후 T2라고도 함)까지, 예를 들면 2℃/분으로 120분간 가열한다. 제 4 공정인 (D) 정온 유지 공정은 온도 T2에서 약 60분 온도 일정하게 한다.
온도 T2로 가열된 유리 재료는 정온 유지 공정으로 30분 가열한다. 더욱이, 온도 T2에서 30분 가열을 실시하지만, 전술한 바와 같이 관통공을 가지는 성형형을 사용하는 경우에는 후반 30분에 있어서, 성형형의 관통공으로부터의 흡인 처리도 아울러 실시할 수 있다. 흡인 처리는 전기로 외부에 설치된 흡인 펌프를 작동시켜 실시할 수 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 흡인 펌프(404)는 흡인 단자(405), 흡인대(403), 성형형 관통공에 각각 접속되어 있다. 그리고, 흡인 펌프가 흡인을 실시하면 음압이 발생하고, 음압은 성형형의 관통공을 통해 성형형에 재치된 유리 재료를 흡인한다. 전기로의 온도 T2에서 가열이 개시되고 나서 30분 후부터 소정의 내열성 모형의 흡인구에 의해, 예를 들면 80~150㎜Hg (≒ 1.0×104~1.6×104Pa)의 압력으로 흡인한다. 우선, 로 외의 흡인 펌프(404)가 작동하여 흡인 단자(405)를 통해 중공 구조를 한 흡인대의 내부를 음압으로 한다. 내부가 음압이 된 흡인대는 성형형의 저면에 있는 관통공에 통하고 있다. 성형형 저면의 관통공은 성형형 상부의 성형면까지 관통하고 있어, 성형형 위에 재치한 유리 재료에 흡인에 의한 음압을 작용시켜 흡인을 실시한다. 또한, 전술한 바와 같이 관통공을 통해 흡인을 실시하는 경우는 소정의 통기성을 가지는 뚜껑 부재를 사용하는 것이 바람직하다.
흡인이 완료하면, 유리 재료의 성형형에 대한 열연화 변형이 완료한다. 열연화 변형 완료 후, 냉각을 실시한다. 냉각 공정인 제 5 공정 (E) 저속 냉각 공정은 Tg의 - 100℃ (이후 T3라고도 함)까지, 예를 들면 1℃/분의 속도로 약 300분간 냉각해 연화에 의한 형상 변화를 정착시킨다. 또 이 저속 냉각 공정은 유리의 일그러짐을 제거하는 어닐의 요소도 포함하고 있다.
이어서, 제 6 공정인 (F) 급속 냉각 공정에 있어서, 속도 약 1.5℃/분에서 약 200℃ 정도까지 냉각한다. 연화 가공을 종료한 유리와 성형형은 스스로의 열 수축이나 온도 변화에 대한 상호의 열팽창 계수의 차이에 의해 파손할 우려가 있다. 따라서, 파손하지 않을 정도로 온도의 변화율을 작게 하는 것이 바람직하다.
더욱이, 온도가 200℃ 이하가 되면 제 7 공정인 (G) 급속 냉각 공정을 실시한다. (G) 급속 냉각 공정에 있어서, 200℃ 이하가 되면 이후는 자연 냉각에 의해 실온까지 냉각한다.
연화 가공이 완료하면, 유리 재료 아랫면과 형 성형면이 서로 자웅 관계가 된다. 한편, 유리 재료 윗면은 유리재 아랫면의 형상 변형에 따라 변형해 원하는 광학면이 형성된다. 이상의 공정에 의해 유리 광학면을 형성한 후, 유리 재료를 성형형으로부터 제거해 성형품을 얻을 수 있다. 이렇게 해 얻어진 성형품은 안경 렌즈 (바람직하게는 다초점 안경 렌즈)용 주형으로서 이용할 수 있다. 또는 주연부 등 일부를 제거해 안경 렌즈용 주형으로서 사용할 수 있다.

Claims (46)

  1. 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형해 성형품을 얻는 것을 포함하는 성형품 제조 방법으로서,
    상기 유리 소재로서 윗면 및 아랫면이 구면 형상인 유리를 사용하고,
    상기 성형형으로서 성형면이 구면을 제외한 자유 곡면 형상인 성형형을 사용하며,
    상기 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면으로 성형하는 성형품 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 소재는 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께인 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 성형 전후에 실질적으로 변화하지 않는 제조 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 2~10㎜의 범위인 제조 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 외경은 60~90㎜의 범위인 제조 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부 (周緣部, rim portion)의 적어도 3점이 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 성형품은 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이고,
    상기 안경 렌즈는 원용 굴절력 측정 기준점 및 근용 굴절력 측정 기준점을 각각 1개 가지는 누진 굴절력 렌즈이며,
    상기 유리 소재 아랫면 주연부의 3점은 유리 소재 아랫면 주연부의 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점 및 근용 굴절력 측정 기준점측의 1점인 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점은 유리 소재 아랫면에서의 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점을 통과하는 주자오선 (main meridian)에 상당하는 선에 대해서 대칭에 위치하는 제조 방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 유리 소재 아랫면은 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에서의 평균 곡률과 대략 동일한 평균 곡률을 가지는 구면 형상을 가지는 제조 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형품은 단초점 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이며,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부 전주 (全周, entire circumference)가 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 제조 방법.
  11. 구면을 제외한 자유 곡면 형상을 가지는 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면으로 성형해 성형품을 얻는 성형법에 사용되는 유리 소재로서,
    윗면 및 아랫면이 구면 형상이고, 또한 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께인 유리 소재.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 성형 전후에 실질적으로 변화하지 않는 유리 소재.
  13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 2~10㎜의 범위인 유리 소재.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 외경은 60~90㎜의 범위인 유리 소재.
  15. 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부의 적어도 3점이 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 유리 소재.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 성형품은 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이고,
    상기 안경 렌즈는 원용 굴절력 측정 기준점 및 근용 굴절력 측정 기준점을 각각 1개 가지는 누진 굴절력 렌즈이며,
    상기 유리 소재 아랫면 주연부의 3점은 유리 소재 아랫면 주연부의 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점 및 근용 굴절력 측정 기준점측의 1점인 유리 소재.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점은 유리 소재 아랫면에서의 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점을 통과하는 주자오선에 상당하는 선에 대해서 대칭에 위치하는 유리 소재.
  18. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 유리 소재 아랫면은 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에서의 평균 곡률과 대략 동일한 평균 곡률을 가지는 구면 형상을 가지는 유리 소재.
  19. 청구항 11 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형품은 단초점 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이며,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부 전주가 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 유리 소재.
  20. 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형해 성형품을 얻는 성형법에 사용되는 성형형의 성형면 형상을 결정하는 방법으로서,
    상기 성형면은 구면을 제외한 자유 곡면 형상이며,
    상기 성형면의 형상을 유리 소재는 윗면 및 아랫면이 구면 형상이고 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께로 하여, 상기 원하는 윗면 형상과 상기 유리 소재의 법선 방향 두께에 근거해 결정하는 성형형의 성형면 형상 결정 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 성형 전후에 실질적으로 변화하지 않는 방법.
  22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 2~10㎜의 범위인 방법.
  23. 청구항 20 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 외경은 60~90㎜의 범위인 방법.
  24. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부의 적어도 3점이 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 성형품은 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이고,
    상기 안경 렌즈는 원용 굴절력 측정 기준점 및 근용 굴절력 측정 기준점을 각각 1개 가지는 누진 굴절력 렌즈이며,
    상기 유리 소재 아랫면 주연부의 3점은 유리 소재 아랫면 주연부의 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점 및 근용 굴절력 측정 기준점측의 1점인 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점은 유리 소재 아랫면에서의 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점을 통과하는 주자오선에 상당하는 선에 대해서 대칭에 위치하는 방법.
  27. 청구항 25 또는 청구항 26에 있어서,
    상기 유리 소재 아랫면은 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에서의 평균 곡률과 대략 동일한 평균 곡률을 가지는 구면 형상을 가지는 방법.
  28. 청구항 20 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형품은 단초점 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이며,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부 전주가 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 방법.
  29. 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형하는 것을 포함하는 성형품 제조 방법으로서,
    상기 유리 소재로서 윗면 및 아랫면이 구면 형상이고, 또한 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께인 유리 소재를 사용하며,
    상기 성형형으로서 구면을 제외한 자유 곡면 형상의 성형면을 갖고, 또한 청구항 20 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 성형면 형상이 결정된 성형형을 사용하는 성형품 제조 방법.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면으로 성형하는 제조 방법.
  31. 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형해 성형품을 얻는 성형법에 사용되는 유리 소재의 아랫면 형상을 결정하는 방법으로서,
    상기 성형면은 구면을 제외한 자유 곡면 형상이고,
    상기 아랫면의 형상을 유리 소재는 윗면 및 아랫면이 구면 형상이며 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께로 하여 상기 원하는 윗면 형상과 상기 유리 소재의 법선 방향 두께에 근거해 결정된 성형면 형상에 근거해 결정하는 유리 소재의 아랫면 형상 결정 방법.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 성형 전후에 실질적으로 변화하지 않는 방법.
  33. 청구항 31 또는 청구항 32에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 2~10㎜의 범위인 방법.
  34. 청구항 31 내지 청구항 33 중 어느 한 한에 있어서,
    상기 유리 소재의 외경은 60~90㎜의 범위인 방법.
  35. 청구항 29 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부의 적어도 3점이 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 방법.
  36. 청구항 31 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형품은 단초점 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이며,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부 전주가 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 방법.
  37. 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 원하는 형상으로 성형해 성형품을 얻는 성형법에 사용되는 유리 소재의 아랫면 형상을 결정하는 방법으로서,
    상기 성형품은 안경 렌즈용 주형 또는 주형의 일부이고,
    상기 안경 렌즈는 원용 굴절력 측정 기준점 및 근용 굴절력 측정 기준점을 각각 1개 가지는 누진 굴절력 렌즈이며,
    상기 성형면은 구면을 제외한 자유 곡면 형상이고,
    상기 아랫면의 형상을 유리 소재는 윗면 및 아랫면이 구면 형상이며 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께로 하여, 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에서의 평균 곡률과 대략 동일한 평균 곡률을 가지는 구면 형상을 가지는 면으로서 결정하는 유리 소재의 아랫면 형상 결정 방법.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 성형 전후에 실질적으로 변화하지 않는 방법.
  39. 청구항 37 또는 청구항 38에 있어서,
    상기 유리 소재의 법선 방향 두께는 2~10㎜의 범위인 방법.
  40. 청구항 37 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 외경은 60~90㎜의 범위인 방법.
  41. 청구항 37 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 소재의 배치는 유리 소재 아랫면 주연부의 적어도 3점이 성형면과 접촉하고, 또한 유리 소재 아랫면 중심부가 성형면과 이간한 상태가 되도록 행해지는 방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 유리 소재 아랫면 주연부의 3점은 유리 소재 아랫면 주연부의 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점 및 근용 굴절력 측정 기준점측의 1점인 방법.
  43. 청구항 42에 있어서,
    상기 원용 굴절력 측정 기준점에 상당하는 위치측의 2점은 유리 소재 아랫면에서의 상기 누진 굴절력 렌즈의 원용 굴절력 측정 기준점을 통과하는 주자오선에 상당하는 선에 대해 대칭에 위치하는 방법.
  44. 성형형 성형면 위에 배치한 유리 소재를 변형 가능한 온도까지 가열해 이 유리 소재의 아랫면을 상기 성형면에 밀착시킴으로써, 상기 유리 소재의 윗면을 성형해 성형품을 얻는 것을 포함하는 성형품 제조 방법으로서,
    상기 성형형으로서 구면을 제외한 자유 곡면 형상의 성형면을 가지는 성형형을 사용하고,
    상기 유리 소재로서 윗면 및 아랫면이 구면 형상이고, 법선 방향으로 실질적으로 같은 두께이며, 또한 청구항 31 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 아랫면 형상이 결정된 유리 소재를 사용하는 성형품 제조 방법.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 유리 소재의 윗면을 성형형 성형면에 대한 대략 오프셋면으로 성형하는 제조 방법.
  46. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 소재의 상하면이 동일한 중심을 공유하는 구면의 일부인 제조 방법.
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