KR100212916B1 - 광학유리의 성형용 금형 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학유리를 정밀 가압성형하여 제조하기 위한 광학유리의 성형용 금형에 관한 것으로서, 특히 최종 성형렌즈의 성형오차, 틸트(tilt)와 디센터(decenter)를 방지하고, 금형의 마모를 줄여 내구성을 향상시키기 위한 것으로, 외주면에 유도가열코일이 설치되는 내열유리관부와, 상기 내열유리관부의 내부에 설치되며 상, 하부 고정판에 체결되는 상, 하부 프레스헤드와, 상기 상, 하부 프레스 헤드에 장착되어 프리폼유리를 가압하여 렌즈면을 형성시키는 상, 하부성형틀과, 상기 상, 하부 성형틀의 외주면에 소정의 공차를 갖도록 체결되며 열팽창계수의 값이 지극히 작은 글라스세라믹스로 형성되는 동형틀로 구성함을 특징으로 하는 광학유리의 성형용 금형이다.
Description
제1도는 종래 광학유리의 성형용 금형의 설치상태를 나타내는 단면도.
제2도는 제1도에서 성형틀과 동형틀과의 열팽창상태를 비교하여 나타내는 확대단면도.
제3도는 본 발명 광학유리의 성형용 금형의 설치 상태를 나타내는 단면도.
제4도는 제3도에서 성형틀과 동형틀과의 열팽창상태를 비교하여 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 유도가열코일 20 : 내열유리관부
30 : 상부고정판 31 : 하부고정판
40 : 상부프레스헤드 41 : 하부프레스헤드
50 : 프리폼유리 60 : 상부성형틀
61 : 하부성형틀 70 : 동형틀
본 발명은 광학유리를 정밀 가압성형하여 제조하기 위한 광학유리의 성형용 금형에 관한 것으로서, 특히 최종 성형렌즈의 성형오차, 틸트(tilt)와 디센터(decenter)를 방지하고, 금형의 마모를 줄여 내구성이 향상되도록 하는 광학유리의 성형용 금형에 관한 것이다.
일반적인 광학렌즈의 제조방법은, 광학유리를 용융 또는 가열 연화시켜 소정의 형태로 형성된 금형에 장입하여 가압성형한 다음에, 서냉처리에 의해 스트레인을 제거하여 광학렌즈용 프리폼유리를 제조하는 공정과, 상기 제조된 프리폼유리를 여러 단계의 냉간연삭, 연마에 의한 가공공정으로 이루어졌다.
그러나, 최근에는 정밀성형장치를 사용함으로써, 냉간연삭, 연마법에 의한 복잡한 가공공정을 거치지 않고도 고정도의 광학렌즈를 제조할 수 있는 방법을 채택하고 있다.
이러한 정밀성형장치를 응용한 종래 광학유리의 성형용 금형은 제1도에 도시되는 바와 같이, 외주면에 유도가열코일(1)이 설치되는 내열유리관부(2)와, 이 내열유리관부(2)의 내부에 설치되며 상, 하부고정판(3,3a)에 체결되는 상, 하부프레스헤드(4,4a)와, 이 상, 하부프레스헤드(4,4a)에 장착되어 프리폼유리(5)를 가압하여 렌즈면을 형성시키는 상, 하부성형틀(6,6a)과, 이 상, 하부성형틀(6,6a)의 외주면에 일정한 간격을 유지하도록 체결되는 동형틀(7)로 이루어졌다.
이와 같은 종래 광학유리의 성형용 금형은, 하부성형틀(6a)이 상부면에 체결되는 하부프레스헤드(4a)를 하부고정판(3a)에 고정시켰고, 상부성형틀(6)이 하부면에 체결되는 상부프레스헤드(4)를 상하방향으로 이송 가능하도록 체결하여 가압성형장치(미도시)로부터 받는 압력을 상부성형틀(6)에 전달하도록 하였고, 이 압력으로 하부성형틀(6a)의 상부에 형성되는 렌즈성형면에 장입된 프리폼유리(5)를 가압하였으며, 이때 내열유리관부(2)의 외주면에 설치된 유도가열코일(1)의 가열에 의하여 프리폼유리(5)와 상, 하부유리틀(6,6a)이 가열되었고, 이 가열에 의하여 연화된 프리폼유리(5)에는 상, 하부프레스헤드(4,4a)의 가압력에 의하여 상, 하부성형틀(6,6a)에 고정도로 가공된 구면 또는 비구면의 렌즈면 형상이 전사되었다. 한편, 동형틀(7)은 상부성형틀(6)이 상부프레스헤드(4)에 의하여 압력을 받아 프리폼유리(5)를 성형시킬 때 가이드역할을 하며, 또한 성형 시 상, 하부성형틀(6,6a)의 중심축과 성형된 광학렌즈의 중심축이 틸트(tilt)되거나 디센터(decenter)되는 것을 방지하는 역할을 하였다.
상기와 같은 종래 광학유리의 성형용 금형은, 상, 하부성형틀과 동형틀로 구성하여 연화시킨 프리폼유리를 열간가압시켜 광학렌즈면을 전사시켰다.
이러한 종래 광학유리의 성형용 금형을 이용한 열간가압성형의 구체적인 공정은, 첫째, 상부성형틀(6)을 분리한 상태에서 구형, 고브형(물방울형) 및, 렌즈형으로 제조된 프리폼유리(5)를 금형 내에 장입시키고, 둘째, 상부성형틀(6)을 동형틀(7)에 따라 체결시키며, 셋째, 유도가열코일(1)을 작동시켜 금형 내부에 장입된 프리폼유리(5)가 전이온도(logn=13)이상 연화온도(logn=7.6) 이하의 온도범위가 되도록 가열시키고, 넷째, 동형틀(7)에 체결되어 안내되는 상부프레스헤드(4)를 하부방향으로 이송시켜 프리폼유리(5)를 렌즈형상으로 변형시키며, 다섯째, 성형온도를 유지하면서 일정시간 가압하여 고정도로 가공된 상, 하부성형틀(6,6a)의 렌즈성형면을 프리폼유리(5)에 전사시키고, 여섯째, 전사된 렌즈면이 유리의 자중에 의하여 변형되지 않게 되는 전이온도(logn=13)이하로 서냉시킨 다음에 압력을 제거시키며, 일곱째, 일정온도까지 냉각시켜 성형된 광학렌즈를 외부로 취출하였다.
이렇게 성형된 광학렌즈의 성능에 요구되는 주요특성은 형상정도, 표면조도, 틸트(tilt) 및, 디센터(decenter) 등으로, 형상정도와 표면조도는 상, 하부성형틀의 렌즈성형면의 가공정도에 영향을 받으며, 틸트(tilt)와 디센터(decenter)는 성형장치의 정밀도와 동형틀의 정밀도에 영향을 받게 된다.
이러한 주요특성으로 고급 카메라나 캠코더 등에 사용되는 비구면렌즈의 틸트(tilt)는 1'(분)이내이며, 디센터(decenter)는 10μm의 값이 요구된다. 이와 같이 요구되는 특성을 만족시키기 위하여, 종래에는 성형장치와 금형의 정밀도를 높이거나, 금형 구조에 동형틀을 사용하여 성형장치에서 발생할 수 있는 오차를 줄이고자 하였다. 첨부된 도면 제2도의 A는 상온에서 상, 하부성형틀(6,6a)과 동형틀(7) 모두 열에 의한 변형이 없는 상태로 일정한 간격을 유지하고 있으나, 제2도의 B의 유도가열코일에 의하여 유도가열이 이루어진 후에는 상, 하부성형틀(6,6a)과 동형틀(7) 모두 열 팽창되었음을 비교하여 나타내고 있다.
그러나, 종래 광학유리의 성형용 금형은, 틸트(tilt) 1'(분)이내와, 디센터(decenter) 10μm이내의 값을 만족시키는 정밀도의 성형장치는 제작하기가 몹시 어렵고 또한 고가이다. 따라서, 이러한 정밀도를 얻기 위하여 고온에서의 기계적, 화학적 안정성을 고려하여 상, 하부성형틀과 동형틀을 동일한 재질로 제작하였기 때문에 재질의 선택에 제한을 받으며, 고온에서의 열팽창에 의한 치수변형을 방지하기 위하여 상, 하부성형틀과 동형틀 사이의 공차를 지극히 작게 형성하여야 하는 어려움이 있었고, 이러한 작은 공차로 인하여 상온에서는 상부성형틀을 동형틀에 삽입하여 체결하는 과정이 상당히 어려웠으며, 체결부위에서 마모가 발생되어 틸트와 디센터가 악화되는 결함이 있었고, 고온에서는 틸트와 디센터를 방지하기 위하여 상, 하부성형틀의 열팽창량 값이 동형틀의 열팽창량 값에 상온에서의 공차값을 더한 값만큼 되어야 하는 어려움이 있었다. 즉, 틸트와 디센터의 값들을 만족시키며, 고정밀도의 광학렌즈를 제작하기 위하여 상, 하부성형틀과 동형틀을 동일한 재질로 선택하는 데도 그 선택폭이 매우 제한되었고, 고온에서의 열팽창관계를 고려하여 상온에서의 상, 하부성형틀과 동형틀의 치수를 설계하여 제작하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상, 하부성형틀의 외주면에 체결되는 동형틀의 재질을 열팽창 계수가 극히 작은 값은 갖는 글라스세라믹스(결정화유리)로 제작하여, 열팽창에 따른 렌즈의 중심축이 어긋나는 틸트(tilt)와 렌즈의 중심축이 두 개가 되는 디센터(decenter)등의 현상이 발생되는 것을 방지하기 위한 광학유리의 성형용 금형을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 위한 본 발명에 의한 광학유리의 성형용 금형은, 상, 하부성형틀의 외주면에 체결되는 동형들의 재질을 열팽창계수가 극히 작은 값을 갖는 글라스세라믹스(결정화 유리)로 제작함을 그 특징으로 한다.
이하 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명 광학유리의 성형용 금형은 제3도에 도시되는 바와 같이, 외주면에 유도가열코일(10)이 설치되는 내열유리관부(20)와, 이 내열유리관부(20)의 내부에 설치되며, 상, 하부고정판(30,31)에 체결되는 상, 하부프레스헤드(40,41)와, 이 상, 하부프레스헤드(40,41)에 장착되어 프리폼유리(50)를 가압하여 렌즈면을 형성시키는 상, 하부성형틀(60,61)과 이 상,하부성형틀(60,61)의 외주면에 소정의 공차를 갖도록 체결되며 열팽창계수의 값이 지극히 작은 글라스세라믹스로 형성되는 동형틀(70)로 구성된다.
이러한 본 발명 광학유리의 성형용 금형에서 글라스세라믹스로 만들어진 동형틀(70)과, 상, 하부성형틀(60,61)과의 공차는, 유도가열코일(10)의 유도가열에 의하여 상, 하부성형틀(60,61)이 열 팽창되는 값만큼을 동형틀(70)과의 공차가 되도록 형성한다. 이때, 유도가열코일(10)의 유도가열에 의하여 상, 하부성형틀(60,61)은 열 팽창 계수의 값만큼 팽창되나, 글라스세라믹스로 형성되는 동형들은 열 팽창계수의 값이 거의 0에 가깝기 때문에 최종적으로 성형된 광학렌즈의 형상정도, 틸트, 디센터 등의 요구조건을 충분하게 충족시켜 줄 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명 광학유리의 성형용 금형을 이용한 열간가압성형의 구체적인 공정을 살펴보면, 첫째, 상부성형틀(60)을 분리한 상태에서 구형, 고브형(물방울형) 및, 렌즈 형으로 제조된 프리폼유리(50)를 금형 내에 장입시키고, 둘째, 상부성형틀(60)을 동형틀(70)에 따라 체결시키며, 셋째, 유도가열코일(10)을 작동시켜 금형 내부에 장입된 프리폼유리(50)가 전이온도(logn=13poise) 이상 연화온도(logn=7.6poise)이하의 온도범위가 되도록 가열하면 상, 하부성형틀(60,61)이 열 팽창되어 금형틀(70)의 내부에 완전히 밀착되고, 넷째, 동형틀(70)에 체결되어 안내되는 상부프레스헤드(40)를 하부방향으로 이송시켜 프리폼유리(50)를 렌즈형상으로 변형시키며, 이때 상, 하부성형틀과 동형틀과의 공차가 0이 되도록 틸트와 디센터 등이 발생되지 않으며, 다섯째, 성형온도를 유지하면서 일정시간 가압하여 성형한 다음에 하중을 제거하고 유리 자체의 무게에 의하여 변형되지 않은 유리전이온도(logn=13.5poise)이하로 서냉시켜 히케(ヒケ)나 스트레인을 방지하고, 여섯째, 상온까지 냉각시킨 후에 성형된 광학렌즈를 외부로 취출하였다.
첨부된 도면 제4도의 C는 상온에서 상, 하부성형틀(60,61)과 동형틀(70) 모두 열에 의한 변형이 없는 상태로 소정의 공차를 유지하고 있으나, 제4도의 D는 유도가열코일에 의하여 유도가열이 이루어진 후에는 상, 하부성형틀(60,61)이 공차만큼 열 팽창되어 거의 열 팽창되지 않은 동형틀(70)의 내부에 일치됨을 비교하여 나타내고 있다. 즉, 본 발명에서는 유도가열에 의하여 상, 하부성형틀은 공차 값만큼 열 팽창되나, 글라스세라믹스로 만들어지는 동형틀은 거의 열 팽창하지 않음을 알 수 있다.
한편, 광학렌즈의 정밀프레스성형 기술과 관련하여 금형재료로써 유리를 사용하는 이유는, 근본적으로 유리가 열적, 화학적으로 안정되고, 성형성이 우수하기 때문이다.
이러한 유리의 특성을 이용한 본 발명의 글라스세라믹스는, 유리내부에 미세한 결정상이 균일하게 분포되도록 열 처리하여 얻어지는 것으로서, 유리가 다른 금속이나 세라믹스 등에 비하여 떨어지는 기계적 특성을 향상시킨 것이다. 즉, 일반유리에 비하여 글라스세라믹스가 갖는 특성은 연화점이 모유리보다 300-400정도로 높고, 곡강도가 2-3배 우수한 내풍화성 등이며, 광학렌즈 성형용 정밀금형에 사용될 수 있는 열 팽창 계수의 값이 1.0×10-7/이하의 범위로 조절할 수 있다는 점과, 안전 사용온도가 700-800로 높기 때문에 600정도의 고온에서 열간 성형할 때의 금형의 열적 안정성이 확보된다는 것이다.
이와 같은 특성을 갖고 있는 글라스세라믹스의 대표적인 예는, Li2O-Al2O3-SiO2의 기본 조성에 TiO2, ZrO2등의 조핵제(결정 상을 석출시키는 효과를 갖고 있음)가 첨가된 LAS계 글라스세라믹스가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 광학유리의 성형용 금형은, 상, 하부성형틀과 동형틀을 제작할 때에, 동형틀과 상, 하부성형틀과의 공차를 상, 하부성형틀의 열팽창 값만큼 갖도록 하기 때문에, 성형 전에 프리폼유리를 하부성형틀의 렌즈성형면에 장입한 다음에 동형틀에 상부성형틀을 삽입할 때 용이하게 삽입시킬 수 있고, 상, 하부성형틀과 동형틀과의 마찰에 의한 마모를 방지할 수 있어 수명을 연장시킬 수 있으며, 유도가열코일의 유도가열에 의하여 상, 하부성형틀이 열 팽창되더라도 글라스세라믹스로 제작되는 동형틀에 완전히 밀착되므로 틸트나 디센터 등이 발생되는 것을 방지하여 주고, 동형틀의 열팽창량이 거의 없기 때문에, 상, 하부성형틀과의 공차를 여유 있게 줄 수 있으며, 이로 인하여 상, 하부성형틀의 재질을 선택할 수 있는 폭이 넓어지는 유용한 것이다.
Claims (1)
- 외주면에 유도가열코일이 설치되는 내열유리관부와, 상기 내열유리관부의 내부에 설치되며, 상, 하부고정판에 체결되는 상, 하부프레스헤드와, 상기 상, 하부 프레스헤드에 장착되어 프리폼유리를 가압하여 렌즈면을 형성시키는 상, 하부성형틀과, 상기 상, 하부성형틀이 성형 온도에 이르기까지 팽창하는 양만큼의 공차를 갖도록 체결되며 열팽창계수의 값이 1.0×10-7/이하의 값을 갖는 글라스세라믹스로 형성되는 동형틀로 구성함을 특징으로 하는 광학유리의 성형용 금형.
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| KR1019920014820A KR100212916B1 (ko) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | 광학유리의 성형용 금형 |
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| KR1019920014820A KR100212916B1 (ko) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | 광학유리의 성형용 금형 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR100883801B1 (ko) | 2008-10-27 | 2009-02-17 | (주)에이지광학 | 다수의 커플링 렌즈를 제조하기 위한 글라스 몰딩 프레스 금형 |
Families Citing this family (1)
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1992
- 1992-08-18 KR KR1019920014820A patent/KR100212916B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR940003874A (ko) | 1994-03-12 |
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