렌즈의 사출 성형 기술

 

렌즈의 사출성형기술

1. 플라스틱 렌즈의 특징

최근 들어 광기술이 눈부시게 발전하고 있는데 그중에서도 렌즈 가공기술은 중요한 역할을 하고 있다. 렌즈 재료로서는 종래의 유리소재 대신 플라스틱 재료가 널리 사용되게 되었다. 우선 유리 렌즈에 비교한 플라스틱 렌즈의 장점과 단점은 다음과 같이 표시한다.

장점

1) 비중이 작고 가공품의 경량화가 도모된다.
: 렌즈 자신의 중량차 이외에 그 주변의 부품을 경량화할 수 있다.
2) 가공품의 자유도가 높다.
: 임의 형상의 렌즈를 용이하게 만들 수가 있다. 또 취부부도 일체로 제조되므로 조립이 간단하다.
3) 대량 생산이 용이하여 생산 코스트의 저감화가 도모된다.
: 특히 비구면 렌즈와 같이 유리에서는 생산성이 나쁜 것도 용이하게 생산된다.
4) 내충격성이 뛰어나므로 갈라짐이 없다.

단점

1) 내열성이 낮다.
: 내열성이 높은 수지도 개발하고 있지만 유리에 비하면 아직도 낮다.
: 고급 멀티 렌즈를 만드는 데는 지장이 많다.
2) 굴절율의 온도변화와 열팽창 계수가 크다.
3) 분자배향, 결정상태결정 상태, 잔류응력 등의 방향으로 복굴절이 발생하기 쉽다.
4) 렌즈에 이용되는 플라스틱이 적다.
: 과거에 관련된 광학유리의 종류는 350종 이상 있으며 굴절율 및 분산치가 다양한 것이 있으나 플라스틱의 경우 렌즈에 사용될 수 있는 종류가 적다.
5) 용제가 약하다.
: PMMA의 경우 산알칼리에는 유리보다 강하지만 아세톤이나 킬시렌 등의 용제에는 간단히 침해된다.
6) 유리에 비해서 상처가 나기 쉽다.
: 이처럼 플라스틱의 특징을 살려서 카메라 촬영계 수차 보정렌즈, 파인더 렌즈, 프리즘을 중심으로 프로젝션 TV 용 대형 렌즈, CD용 픽-업 렌즈 노안경 등으로 널리 사용되고 있다.

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2. 플라스틱 렌즈의 제조법

 

플라스틱 렌즈의 제조법에는 크게 나누어
① 주형법, ② 압축성형법압축 성형법, ③ 사출성형법, ④ 사출압출 성형법 등 4가지 방법이 있다.
주형법은 유리제의 렌즈 금형에 재료를 유입하고 중합 경화시켜서 성형하는 방법이다.

기술적 문제로서는
① 폴리머 전환 시의 체적 수축이 크다.
② 폴리머 전환이 100%로 되기 어려우므로 광학 물성은 안정하지 않다.
③ 다품종 소량생산용이지만 생산성이 낮으므로 양산화는 어렵다.

압축성형법은 플라스틱 시트를 절삭 가공한 것을 가열 금형 내에서 프레스 전사하는 가공법이다. 표면정밀도는 뛰어난 것이 가공되지만 두께나 외경 치수 조정이 실용상 어려운 가공법이다. 현재 각종 플라스틱 렌즈에 광범위 하게 사용되는 가공법은 사출성형법 및 사출 압축 성형법이다.이 두 가지 방법은 플라스틱 렌즈의 장점을 최대한 이용한 가공법이다. 사출압축 성형법은 사출성형과 비교하여 가격이 상승되는 결점을 가지고 있지만 아래와 같은 뛰어난 특징을 가지고 있다.

1) 두께 기울기차가 큰 렌즈를 성형할 경우 압력을 걸므로서 중앙부의 싱크를 방지할 수 있다.
2) 대구경 렌즈에 있어서 게이트에서 원거리 부분의 압력 불균일을 커버할 수 있다.
3) 특히 얇은 두께의 성형품에 있어서는 복굴절을 저감할 수 있다.
4) 각종 렌즈에 있어서 전사성의 정밀도 향상을 도모한다.
5) 압력을 균일하게 가함으로써 극도의 고압 사출을 하지 않고도 성형이 되므로 이형성의 문제가 해결된다.
이러한 특징을 살려서 현재 각종 플라스틱 렌즈용 사출성형기가 개발되고 있다.

 

3. 플라스틱 렌즈 사출성형가공의 포인트

렌즈의 사출성형에는 다음 두가지 점이 중요하다
1) 렌즈의 형상치수가 설계대로 될 것
2) 표면정밀도(표면거칠기)가 뛰어날 것
렌즈 성형에 있어서는 형상 치수를 설계대로 행하기 위해서 통상 사출성형과 같이 미리 성형 수축을 예측한 금형 설계를 하지 않고 금형 그 자체가 설계대로의 치수로서 성형 시에 같은 형상 치수의 성형품이 얻어지도록 조건을 선정한다. 각종 사출성형조건 중 냉각시의 금형 온도,압력, 사출량이 특히 중요하다.