KR100972779B1 - 렌즈를 제조하는 방법 및 렌즈의 양쪽 면을 정밀 압착하는장치 - Google Patents

Abstract

제 1 볼록 렌즈 표면(32) 및 제 2 렌즈 표면(33)을 가지고 렌즈를 제조하는 방법은 유리 용융 드롭을 오목 주형에 공급하는 단계, 오목 주형(2,10)에서 유리 용융 드롭의 양쪽 면을 프레스 다이(20)를 가지고 함께 정밀 압착하는 단계 및 프레스 다이를 유리 용융 드롭에 담가 제 2 렌즈 표면(33)의 최고점을 넘어서 돌출되도록 소정의 치수를 가지는 지지 림(34)이 정밀 압착에 의해 변화된 유리 물질에 의해서 렌즈 위에 형성되도록 하는 단계를 포함한다. 정밀 압착을 위한 장치는 상부 주형 부분(10), 하부 주형 부분(2) 및 프레스 다이(20)를 포함한다.

정밀 압착, 렌즈, 지지 림, 프레스 다이

Description

렌즈를 제조하는 방법 및 렌즈의 양쪽 면을 정밀 압착하는 장치{METHOD FOR MAKING A LENS AND AN APPARATUS FOR PRECISE PRESSING BOTH SIDES OF THE LENS}

본 발명의 목적, 성질 및 장점이 적절한 실시예의 하기의 설명과, 동반하는 도면을 참고하여, 좀 더 자세하게 설명될 것이다.

도 1은 완제품 렌즈의 형성 단계 동안의 정밀 압착 기구와 그 안의 렌즈를 도시한 단면도이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 자동차 헤드라이트용 렌즈의 두 실시예이다.

*도면 부호*

1. 정밀 압착 장치

2. 하부 주형 부분

3. 비구면 보울(aspheric basin)

4. 수평 숄더(horizontal shoulder)

5. 주변 림(peripheral rim)

6. 접촉 면(facing surface)

10. 상부 주형 부분

11. 하부

15. 중간 공간(intervening space)

20. 프레스 다이

21. 프레스 다이의 하부

30a, 30b. 렌즈

31. 비구면 렌즈 부분의 피크

32. 제 1 렌즈 표면

33. 제 2 렌즈 표면

34. 지지 림

D1. 렌즈 직경

D2. 프레스 다이 직경

본 발명은 제 1의 볼록 렌즈 표면(first convex lens surface)과 제2 렌즈 표면(second lens surface)을 가진 렌즈를 만드는 방법에 관련된 것으로, 특히 자동차 헤드라이트용으로, 유리 용융 드롭(glass melt drop)이 오목한 주형(concave mold)에 주어지고 주형에서 유리 용융 드롭의 양 측이 프레스 다이(press die)와 함께 정밀 압착(precise pressing)된다. 본 발명은 또한 렌즈의 양측을 정밀 압착하는 장치 또는 도구와 관련된다.

많은 렌즈, 특히 자동차 헤드라이트용 렌즈는 광학 렌즈에서의 그 목적인 높은 선명도(specification)를 요구하지 않는다. 반면에 어셈블리를 위해 고려되어야할 렌즈의 치수(dimension)는 다양해서는 안 된다. 게다가 렌즈는 그 제조가 경제적이어야 한다.

통상적으로, 이런 렌즈들은 한쪽 면 정밀 압착 방법에 의해 만들어지며, 즉, 블랭크가 가열되고 비구면이 압축되며, 평편한 면에는 그 후 연마(grinding) 및 폴리싱(polishing) 공정이 수행된다. 주된 자동차 헤드라이트용의 한면 정밀 압축 광학 성분을 제조하는 기술은 발달되어 있으나, 높은 생산성을 가지고 대량 생산하기에 적합하지는 않다. 이 제조 기술은 다음 순서에 따라 제조과정 동안 발생하는 많은 제조 단계로 구성된다. :

A. 배치 준비(batch preparation)

B. 용융(melting)

C. 열간 형성(hot forming)

D. 반제품의 조절된 냉각

E. 품질 관리

F. 포장 및 최종 사용자에게 배달

1. 재가열

2. (한쪽 면을 최종 모양으로)가압(pressing)

3. 조절된 냉각

4. 연마(두 번째 면을 편평화)

5. 폴리싱(두 번째 면을 편평화)

6. 패시팅(faceting) (갑작스런 멈춤으로 인한 에지)

7. 포장

공급자들은 일정한 드롭 중량(drop weight)을 정확하게 제공하지 않아 왔다. 100g 에서 200g 까지인 드롭 중량의 다양함은 ±2%에 이른다. 부피 축소가 가압 과정 동안 발생한다. 이런 다양성은 형성된 렌즈의 소정의 치수를 손상시키면 안 된다.

광학 성분을 정밀 압착하는 방법은 DE 100 43 065 A1에서 공지되었는데, 여기서 과잉의 재료들이 하부와 상부의 주조 부분 사이에 위치하는 무제한의 자유 공간으로 탈출할 수 있음이 알려졌다. 동심원은 유리 부분 위에 나타나며, 정밀 압착 유리 부분의 광학 특징에 작용하지 않는다. 분할된 유리 부분의 부피의 차이는 문제 없이 다른 넓이의 림에 의해서 균형 맞춰지거나 보상될 수 있다. 정밀 압착된 유리 부분의 림의 넓이는 림의 두께의 변화와는 반대로 렌즈의 광학적 기능에 거의 영향을 끼치지 않는다. 그러나 림은 렌즈 표면의 평면으로부터 튀어나오지 않는다. 렌즈가 두 개의 만곡된(curved) 렌즈 표면을 가지고 제조되는 점을 제외 하고 완전히 유사한 방법이 US특허 4,698,089A에 설명되어 있다.

본 발명의 목적은 제 1의 볼록 렌즈 표면을 가지고 그 반대편에 제 2 렌즈 표면을 가지며 경제적이고 일정한 소정의 치수를 확보하는 자동차 헤드라이트용 렌즈를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 상기 방법에 의해 만들어지는 제 1 볼록 렌즈와 그 반대편의 제 2 렌즈 표면을 정밀 압착하는 장치를 제공하는 데 있다.

이러한 목적 및 차후에 좀 더 명백하게 보여질 목적들은 다음 단계를 포함하는 제 1 볼록 렌즈 표면과 제2 렌즈 표면을 가지는 렌즈를 만드는 과정에서 달성된다.:

a)유리 용융 드롭을 오목한 주형으로 도입.

b)프레스 다이와 함께 오목한 주형에서 유리 용융 드롭의 양쪽 면을 광택 압착.

c)제 2 렌즈 표면의 최고점(highest point)을 넘어서 돌출되도록 소정의 치수를 가진 지지 림(supporting rim)이 정밀 압착에 의하여 변위된(displaced) 유리 물질에 의해 렌즈에서 형성되도록 프레스 다이를 유리 용융 드롭에 담금(immersing).

제 2 렌즈 표면의 최고점을 넘어서 돌출된 지지 림을 가진 렌즈는 이미 DE 102 16 706 A1에서 공지되었다. 그러나 이 문서에서는 제조 과정의 어떤 세부사항도 제공하지 않는다.

제 2 렌즈 표면은 볼록, 오목 또는 평면일 수도 있다. 볼록 렌즈 표면의 경우에 피크는 제 2 렌즈 표면의 가장 높은 점으로 이해된다. 오목 렌즈 표면의 경우에 렌즈 표면의 림이 가장 높은 점이다. 지지 림이 돌출된 거리는 평면 렌즈 표면의 경우에 제 2 렌즈 표면과 관련 있다. 이 경우에, 제 2 렌즈 표면은 지지림이 지지 베이스에 기댈 때, 제 2 렌즈 표면은 지지 베이스와 어떤 접촉도 없다. 프레스 다이는 제조될 제 2 렌즈 표면에 따라서 편평한, 볼록한 또는 오목한 프레스 다이 표면을 가지고 있다.

설치(installation) 치수는 지지 림의 치수(R_H=림 높이 R_B=림 넓이) 및 렌즈의 총 높이 H_G에 의하여 결정된다. 렌즈의 총 높이 H_G 는 지지 림의 지지 표면으로부터 제 1 볼록 렌즈 표면의 피크까지의 렌즈의 높이를 의미한다.

여기서 나타나는 지지 림은 제 2 렌즈 표면의 가장 높은 점으로부터 적어도 약 H>0.2mm 돌출되어 있다. 이런 성질은 용융된 것으로부터 양쪽 면이 정밀하게 압착되는 렌즈가 이후에 냉각 컨베이어(cooling conveyor)에서 조절된 냉각이 발생하는 동안 제 2 렌즈 표면이 손상됨 없이 냉각 컨베이어에 놓여 질 수 있도록 하는데 요구된다.

이 방법은 설치 치수가 유리 용융 드롭의 재료 양의 다양성에 의해 영향받지 않는다는 장점이 있다. 프레스 다이가 유리 용융에 담가지기 때문에, 유리 용융 또한 방사상으로 변화하고(displaced), 지지 림의 형성을 위해 제공되는 보통의 오목 주형의 빈 챔버 내부로 들어가게 된다. 재료 다양성이 발생할 때, 비구면 표면과 제 2 렌즈 표면 간의 거리는 변화한다. 반면에 변화된 유리 물질은 항상 빈 챔버 내부로 들어가도록 가압되므로(pressed) 렌즈의 총 높이H_G와 렌즈 림의 다른 치수들은 그대로이다.

이것은 유리 용융 드롭의 물질 다양성이 렌즈의 광학적인 면에만 영향을 준다는 것을 의미하며, 이것은 이런 렌즈들이 자동차의 프로젝션 렌즈용으로 사용되고, 대물렌즈의 보다 엄격한 정밀성을 만족시킬 필요가 없기 때문에 허용될 수 있다.

본 발명의 방법은 후에 정밀하게 압착되어야 하는 어떤 반제품도 처음에 생산되게 하지 않는데 그 또 다른 이점이 있다. 이런 목적을 위하여 예를 들면 반제품을 가열하는 것이 필요할 것이다.

렌즈의 양쪽 면의 정밀 압착을 위한 새로운 제조 방법에 의해서 공정 단계는 성공적으로 최소로 감소되고 공정 비용도 그로 인해 최소로 된다. 이 방법은 다음 단계를 포함한다.:

1. 유리 용융 드롭의 공급

2. 열간 형성(양쪽 면 정밀압착)

3. 조절된 냉각

4. 품질 관리 및 포장

미리 설명된 렌즈의 양쪽 면의 정밀 압착은 비용이 많이 들었지만, 정밀 압착이 용융으로부터 바로 발생할 때, 렌즈의 대량 생산을 위해 빠르고 경제적인 방법으로 변화한다. 게다가, 지지 림과 냉각 과정은 물론 필요하다. 이것은 지지 림이 설치 치수를 정하기 위해서 사용될 수 있고, 제조 동안 그 양의 다양성에 의한 결과로서 어떤 변화도 일어나지 않기 때문에 불리하지 않다.

선호되는 실시예에서 양쪽 면의 정밀 압착은 유리 용융 드롭이 10⁴에서 10⁶dPas의 초기 점도를 가질 때 수행된다. "초기 점도"라는 용어는 유리 용융이 정밀 압착 과정의 시작에서의, 즉 프레스 다이의 담금(immersion) 전의 점도를 의미한다.

선호적으로, 렌즈는 양쪽 면에 50에서 80mm 의 직경을 가지고 정밀 압착된다.

본 발명에 따른 렌즈, 특히 자동차 헤드라이트용의 렌즈의 정밀 압착을 위한 장치는 오목한 보울(basin), 이 오목한 보울에 연결된 원주의 수평한 숄더(shoulder) 및 수평 숄더로부터 확장되는 수직의 주변(periperal) 림을 포함하는 하부의 주형 부분(lower mold part)을 가진다.

본 장치의 상부의 주형 부분(upper mold part)은 하부의 주형 부분의 접하는 면(facing surface) 위에 위치하고, 수평한 숄더의 근처 및/또는 내부를 향하여 돌출된다.

게다가 장치는 프레스 다이를 가지고 있다. 렌즈의 지지 림의 높이는 숄더와 상부 주형 부분에 의해서 결정된다.

상부 부분, 하부 부분 및 프레스 다이로 이루어지는 장치의 세 부분은 JP 60-09231A(요약서)에서 공지되어 있다. 그러나, 다른 것들 중에서 유리와 접촉하는 표면은 숄더 및 수직의 주변 림을 가지고 있지 않다.

렌즈의 정밀 압착을 위한 장치의 실시 형태에서 프레스 다이는 고정되어 있으며, 반면에 하부의 주형 부분은 수직 방향으로 움직임이 가능하다. 적절하게, 상부의 주형 부분 역시 수직 방향으로 움직임이 가능하며 프레스 다이는 상부 주형 부분을 안내(guide)하며, 이것은 상부 주형 부분의 내부 직경이 프레스 다이의 외부 직경에 대응한다는 것을 의미한다. 이런 배열은 양쪽 렌즈 표면의 광학 축의 기움(tilting)이 피해질 수 있기 때문에 준비된 렌즈의 광학 성질이 보장될 수 있는 장점을 가진다.

적절하게, 프레스 다이의 직경은 오목한 보울의 직경과 같거나 그보다 작다. 지지 림의 넓이는 상부 주형 부분과 프레스 다이의 직경의 변화에 따라 조정될 수 있을 것이다.

적절하게, 프레스 다이는 그 밑면이 편평한 표면을 가진다.

정밀 압착 장치(1)는 도 1의 왼쪽 면에 단면도로 나타난다. 이 정밀 압착 장치는 하부 주형 부분(2), 상부 주형 부분(10), D2의 직경을 가진 프레스 다이(20)을 포함한다. 자동차 프로젝션 헤드라이트용으로 사용되는 평철의(plano-convex) 렌즈(30)은 이 정밀 압착 장치(1)를 가지고 만들어진다.

하부 주형 부분(2)은 비구면의 오목한 보울(3), 이 보울 주변 까지 확장되는 원주의 수평 숄더(4), 및 이 수평 숄더로부터 위로 확장되는 수직의 주변 림(5)을 가진다. 상부 주형 부분(10)은 하부의 주형 부분(2)의 접촉 면(6)위에 위치하고 수평 숄더(4)의 주변부 및 그 넘어서 까지 안쪽으로 확장되는 주형 링을 포함한다_. 수평 숄더(4)와 주형 링의 밑면 사이의 거리는 렌즈(30)의 지지 림(34)의 높이인 R_H를 결정한다.

렌즈(3)의 광학 성질을 보장하고 렌즈의 꼭대기에서 밑 부분까지의 광학 축의 기움을 피하기 위해서 프레스 다이(20)는 고정형이거나, 장치의 고정된 부분에 탑재되어야 한다. 상부 주형 부분(10)은 프레스 다이의 바깥 쪽에 탑재된 탄력 있는 연결(suspension) 기구에 의해 본 장치에 부착된다. 유리 용융 드롭을 가지고 채운 후, 하부 주형 부분(2)는 상부 주형 부분(10)에 대하여 기울어짐 없이 수직 방향으로 프레스 다이(20)쪽으로 위로 이동하고, 후에 프레스 다이의 하부를 지나고 상부 주형 부분(10)에 기댄다. 상부 주형 부분(10)은 프레스 다이가 안내하는 동안 탄력 있는 연결 기구에 대항하여 위쪽으로 압력을 받고, 그 결과 프레스 다이는 유리 용융 속으로 잠긴다.

유리 용융은 유리 용융 드롭 안에 프레스 다이(20)의 하부(21)의 잠김에 의한 상부 주형 부분(10)의 하부와 숄더(4) 사이의 중간 공간(intervening space;15)안으로 들어가도록 힘을 받는다. 유리 용융 드롭의 부피는 오목한 보울(3)의 부피보다 크도록 선택된다. 프레스 다이(20)는 재료 양의 다양성 또는 변동 때문에 다소 갚게 유리 용융에 잠기며, 그 결과 평면 렌즈 표면(33)과 비구면 렌즈 표면(32) 사이의 거리만 변화하고 지지 림(34)의 치수는 변화하지 않는데 이는 주형 링의 하부 면(11)과 숄더(4)가 유리 용융 드롭 안의 재료의 양과 무관하게 항상 같은 간격을 가지기 때문이다.

프레스 다이(20)의 잠김의 정도가 다름이 완성된 렌즈 (30a, 30b)에서 어떻게 두드러지는지 도 2a 및 2b의 도움으로 설명된다.

도 2a에서 직경 D₁을 가진 렌즈 30a가 도시된다. 비구면 부분(32)은 높이 A 및 평면 렌즈 표면(33)에 대하여 공간 B₁을 가진다. 총 높이는 H_G에 이른다. 지지 림(34)은 높이 R_H및 평면 렌즈 표면(33)까지의 높이 H₁ 을 가진다.

도 2a 에서 도시된 렌즈 30a에 대한 재료와 비교하여, 보다 더 많은 재료들로 렌즈를 만드는 것이 가능할 때, 도 2b에 따라 도 2a의 렌즈 30a의 치수에 대응하는 A, H_G, R_B 및 R_H의 치수를 가지는 렌즈 30b가 생성된다. 재료 다양성은 오로지 렌즈 30b의 높이 B₂와 지지 림(34)의 높이 H₂에서만 관찰 가능하고, 이런 재료 다양성은 렌즈 30a의 높이 B₁ 및 H₁에 따라 변화한다. 이런 수치 변화들은 도 2a 및 도2b 에서 극대화되어 보여진다. 렌즈의 맞춤(fitting)에서 조합된 위치에 대한 치수 R_B, R_H 및 H_G 은 변화되지 않고 남아있어 그 결과 변화는 오로지 광학 부분, 즉 렌즈의 비구면 부분(32)의 피크(31)와 평면 렌즈 표면(33) 사이의 부분에서만 발생한다.

예를 들어, 70 mm 의 직경을 가진 프레스 다이를 이용한 ±1g의 드롭 무게 변동 및 2.5g/㎤ 의 유리 밀도에 대하여, 광학 평면 표면에 대한 지지 림의 높이 다양성 ΔH=H₁-H₂은 ±0.1mm 에 이른다.

2004년 10월 5일 자로 개시된 독일 특허 출원 10 2004 048 500.3-45이 참고로 활용된다. 이 독일 특허 출원은 위에서 언급된 발명을 설명하고 아래의 청구 범위에서 나타나는 청구항을 주장하며, 35 U.S.C.119 하의 발명에 대한 우선권 주장의 기초가 된다.

본 발명이 렌즈를 만드는 방법과 렌즈의 양쪽 면을 정밀 압착하는 장치에 대해 구체적으로 예를 들어 묘사되고 설명되지만, 다양한 변형 및 수정이 본 발명의 본질을 훼손하지 않으면서 만들어질 수 있기 때문에 여기에 보여진 세부사항에 국한되지 않는다.

또 다른 분석 없이, 앞서 언급한 것은 본 발명의 요지를 완전히 드러내어서 공지의 지식을 가지고 다른 이들은 본 발명을, 공지 기술로부터 본 발명의 일반적이거나 특수한 면을 구성하는 본질적인 특징을 생략함 없이, 다양한 분야에 적용할 수 있을 것이다.

청구범위는 신규한 것이며, 다음의 청구항에서 나타난다.

본 발명에 따라 제 1의 볼록 렌즈 표면을 가지고 그 반대편에 제 2 렌즈 표면을 가지며 경제적이고 일정한 소정의 치수를 확보하는 자동차 헤드라이트용 렌즈가 제조된다. 이 렌즈는 그 제조가 경제적이고 높은 생산성을 가지고 대량 생산가능하다. 본 발명은 후에 정밀하게 압착되어야 하는 어떤 반제품도 처음에 생산되게 하지 않는데 그 또 다른 이점이 있다. 즉, 렌즈의 양쪽 면의 정밀 압착을 위한 새로운 제조 방법에 의해서 공정 단계는 성공적으로 최소로 감소되고 공정 비용도 그로 인해 최소로 된다.

Claims (9)

1. 자동차 헤드라이트용으로 사용되고 제 1 볼록 렌즈 표면과 제 2 렌즈 표면을 갖는 렌즈를 만드는 방법에 있어서, 상기 방법은

   a) 유리 용융 드롭을 수직방향으로 이동 가능한 하부 주형 부분(2)에 의해 제공되는 오목 주형에 공급하는 단계;

   b) 오목 주형의 유리 용융 드롭의 양쪽 면을 고정형 프레스 다이를 가지고 함께 정밀 압착하는 단계;

   c) 상기 하부 주형 부분(2)을 수직으로 이동시킴으로써 프레스 다이를 유리 용융 드롭에 담가, 제 2 렌즈 표면의 최고점을 넘어서 돌출한 소정의 치수를 가지는 지지 림이 정밀 압착에 의해 변화된 유리 물질에 의하여 렌즈에 형성되는 단계;

   를 포함하는 렌즈를 만드는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 프레스 다이는 지지 림에 의해 둘러싸인 유리 용융 드롭의 영역에 담가지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 동시에 유리 용융 드롭의 양쪽 면의 정밀 압착은 유리 용융 드롭이 10⁴ 에서 10⁶ dPas 까지의 점성도를 가질 때 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 렌즈는 50mm 에서 80mm 의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 자동차 헤드라이트용으로 사용되고 제 1 볼록 렌즈 표면과 제 2 렌즈 표면을 갖는 렌즈를 정밀 압착하는 장치에 있어서, 상기 장치는

   오목한 보울(concave basin, 3)을 포함하고 수직방향으로 이동 가능한 하부 주형 부분(2);

   상기 보울(3)에 연결된 원주의 수평 숄더(4);

   상기 수평 숄더(4)로부터 확장되는 수직 주변 림(5);

   수직방향으로 이동 가능하며, 하부 주형 부분(2)의 접촉 면(6)에 기대어 있고 수평 숄더(4)를 넘어서 안쪽으로 확장되는 상부 주형 부분(10); 및

   상기 상부 주형 부분(10)을 가이드 하는 프레스 다이(20);

   를 포함하는 렌즈의 정밀 압착 장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 5항에 있어서, 상기 프레스 다이(20)는 오목 보울(3)의 직경보다 작거나 같은 직경을 가짐을 특징으로 하는 장치.
9. 제 5항에 있어서, 상기 프레스 다이(20)는 편평한 밑면(21)을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.

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