JP2000264653A - 光学素子の成形金型及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のレンズ成形金型では、上下のパンチ型
の両方に成形バリが発生する。バリの発生状況は成型毎
に異なり、型開きの時、成形レンズがどちらのパンチ型
に付着するか不確定であり、成形の自動化の障害となっ
ていた。 【解決手段】 上パンチ型２と下パンチ型１との間に上
下方向のプレス圧を付与したとき、プレス圧を超弾性部
材６を介して下パンチ型１と胴型３の段差部との当接面
に作用させ、密着させる。成形バリは胴型３と下パンチ
型１との間には発生せず、上パンチ型２側にのみ発生す
る。この結果、型開き時、成形レンズは成形バリが発生
した上パンチ型２側に常に付着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的小さな光学
レンズに適した成形金型及び光学素子の製造法方に関す
るものである。特に、金型内に成形レンズの材料である
ガラスあるいはプラスチック素材を収納し、金型を加熱
することで金型内の成形素材を昇温軟化させた後プレス
成形を行い、光学レンズを製作する際に使用するレンズ
成形金型に関するものである。また、本発明はそのよう
な光学素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスクプレイヤー、光磁気
ディスク記録装置、ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−ＲＡＭドライ
ブなどの光ピックアップには、小型で高精度な光学レン
ズが使用されている。近年このような光ピックアップを
使用した製品の市場は急速に拡大しつつあり、それらを
搭載した機器の小型，薄型化も急速に進展している。従
って光ピックアップ自体の小型，軽量化、ひいてはレン
ズ単体の小型，高性能化とコストダウンが一層求められ
ている。

【０００３】上記したような小型の光学レンズを成形す
る方法として、ガラスあるいはプラスチックからなるレ
ンズ素材を、予め球形，偏平円盤形，楕円体形などの形
状で定量体積（または重量）に加工し、そのレンズ素材
を金型内に収納し、金型共々加熱昇温し、レンズ素材が
適度に軟化した時点でプレスを行い、金型空間（キャビ
ティ）内に充満させ金型形状の転写を行う方法が知られ
ている。このような成型法は、従来からガラスレンズの
成形法として用いられている。プラスチックレンズを成
形する場合も、金型温度がガラスレンズのときと較べて
低温に設定されるだけで、加工工程は同様である。

【０００４】以下その概要を述べる。

【０００５】図８は従来のレンズ成形金型の構成の一例
を示した概略断面図である。図８に示したように、従来
のレンズ成形金型５０は、下パンチ型５１、上パンチ型
５２、内胴型５３、及び外胴型５４の４点で構成され
る。上記複数の型部材で形成される内部空間に、レンズ
素材５５が収納される。

【０００６】図８に示すように組み合わされた金型ユニ
ット５０を、熱プレス成型機に載置し成型を行う。図９
は、従来の金型ユニットを熱プレス成型機に載置した状
態を示した概略断面図である。図９において、６１は下
押圧板、６２は上押圧板、６３は台座、６４はピストン
ヘッド、６５はピストン、６６は外囲体である。

【０００７】金型ユニット５０と上押圧板６２とは僅か
な接触圧で接した状態に保持されている。金型をプレス
するための上下の押圧板６１，６２には、ヒータが組み
込まれており、この上下の押圧板６１，６２で金型ユニ
ット５０を挟んで伝熱加熱を行う。上押圧板６２はピス
トン（エアーピストンあるいは油圧ピストン）６５で上
下動するようになっている。

【０００８】この状態で加熱を始め、金型中のレンズ素
材５５が昇温軟化し、プレス成形可能な状態に達したと
ころでプレスを開始する。金型空間内にレンズ素材が充
満し金型面の形状が十分転写されるまで定温加熱・圧力
保持を継続した後、冷却過程に移行する。レンズ素材は
冷却と共に収縮する。従って、その収縮に追随し、レン
ズ素材が型離れを起こさず、金型とレンズ素材との密着
を確保するために、冷却過程においても適度な加圧を継
続する必要がある。さらに金型及びレンズ素材の温度が
下がり、レンズ素材が硬化した後圧力を解放し、金型ユ
ニット５０を取り出し、分解して成形レンズを取り出
す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図８のレンズ成形金型
５０において、内胴型５３と上下パンチ型５１，５２と
が滑らかに抜き差しできることと、加工精度、加工バラ
ツキとを考慮すると、内胴型５３の内径とパンチ型５
１，５２の外径との間に適度なクリアランスを設けてお
く必要がある。クリアランスの量としては、片側で５μ
ｍ程度が適切な寸法である。従って内胴型５３の内径
（φＤｄ）とパンチ型５１，５２の外径（φＤｐ）の差
（φＤｄ−φＤｐ）は１０μｍ程度となる。

【００１０】ところが、このようにクリアランスを有し
た金型で、レンズ素材を金型内で変形させ充満するまで
プレスを行うと、このクリアランス部分に必然的に成形
バリが発生する。成形バリが発生すると、型を開いて成
形レンズを取り出す時、成形バリの発生状況によって成
形レンズが上下どちらのパンチ型に付着して出て来るか
が変化する。

【００１１】自動機で成形レンズを取り外すことを考え
た場合、図１０に示すように上パンチ型５２を抜き上げ
た時、成形レンズ５７が上パンチ型５２に付着して出て
くるのが好ましい。このような状態であれば、成形レン
ズ５７の外周を三っ爪チャックなどで掴んで容易に取り
外すことができる。

【００１２】もし図１１に示すように成形レンズ５７が
下パンチ型５１に貼り付いた場合、胴型５３，５４を抜
去しなければ成形レンズ５７を取り出すことができな
い。また時々、胴型５３，５４を抜去する際、成形レン
ズ５７が胴型５３内に引っ掛かって胴型と一緒に持ち上
がって来る場合があり、この場合さらに成形レンズ５７
の取り外しに手間がかかる。

【００１３】上下パンチ型５１，５２のクリアランス部
に発生する成形バリは、成形毎にバリの大きさ等の発生
状況が微妙に異なり、型開き後成形レンズ５７がどちら
のパンチ型に付着するかは確定できない。この様に成形
レンズが上下どちらのパンチ型に付着しているか確定で
きない場合、自動機での成形レンズの取り出しは極めて
複雑となる。

【００１４】自動機で成形レンズ５７の取り出しを行う
場合、まず型開き後、上下どちらのパンチ型に成形レン
ズが付着しているか判定しなければならない。上パンチ
型５２に付着している場合は、前述したように最も簡単
に取り出しが行えるが、下パンチ型５１に付着している
場合は、まず胴型５３，５４を抜去した後、チャックの
方向を下側に反転させて成形レンズ５７を掴まなければ
ならない。また胴型５３内に成形レンズ５７が引っ掛か
り残留した場合は、別途人手によって綿棒などで突き出
す必要がある。

【００１５】成形レンズ５７が下パンチ型５１に付着し
ているか、胴型５３内に引っ掛かっているかの判定は、
人間が目視すれば簡単に判断できるが、これを機械で判
定するにはかなり大がかりで複雑な装置となる。しかも
生産工程中に人手や人による監視を要する作業がある
と、連続自動生産の障害となり、なかなか生産工程の合
理化が図れない。

【００１６】本発明は、上記したような課題を解消する
ために、成形レンズが上下パンチ型のどちらか片方に安
定的かつ確定的に付着させることができる光学素子の成
形金型及び光学素子の製造方法を提供することを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために以下の構成とする。

【００１８】即ち、本発明にかかる光学素子の成形金型
は、筒状の胴型と、前記胴型の上下方向からそれぞれ嵌
挿される上パンチ型と下パンチ型と、前記上パンチ型及
び前記下パンチ型のうちのいずれか一方と前記胴型との
間に設置された超弾性部材とを有し、前記胴型と前記上
パンチ型と前記下パンチ型によって囲まれるキャビティ
形状を転写することにより所望形状の光学素子を得る成
形金型であって、前記上パンチ型及び前記下パンチ型の
うちのいずれか一方と前記胴型とは、前記キャビティに
隣接する当接面を有し、前記上パンチ型と前記下パンチ
型との間に上下方向のプレス圧を付与したとき、前記プ
レス圧が前記超弾性部材を介して前記当接面に作用する
ように構成されたことを特徴とする。

【００１９】また、本発明の光学素子の製造方法は、筒
状の胴型と、前記胴型の上下方向からそれぞれ嵌挿され
る上パンチ型と下パンチ型とによって囲まれるキャビテ
ィ内に成形素材を載置し、前記上パンチ型と前記下パン
チ型との間に上下方向のプレス圧を付与して前記成形素
材に前記キャビティ形状を転写して光学素子を製造する
方法であって、前記上パンチ型及び前記下パンチ型のう
ちのいずれか一方と前記胴型との間に超弾性部材を配置
し、前記プレス圧を、前記超弾性部材を介して、前記上
パンチ型及び前記下パンチ型のうちのいずれか一方と前
記胴型との、前記キャビティに隣接する当接面に付与さ
せながら、前記成形素材を成形することを特徴とする。

【００２０】かかる構成によれば、上下方向のプレス圧
を付与して成形を行なう際、超弾性合金が弾性変形し、
その弾性力で上パンチ型及び下パンチ型のうちのいずれ
か一方と胴型との間の当接面が密着する。この結果、該
当接面のクリアランスはほぼゼロになるので、この部分
に成形素材は侵入せず、成形バリが発生しない。従っ
て、成形バリは、上パンチ型及び下パンチ型のうちの該
当接面を構成しない一方と胴型との間に常に発生する。
成形レンズは成形バリが発生した側のパンチ型に付着す
るので、上下パンチ型のいずれか所望する一方に成形レ
ンズを確定的に付着させることができる。これにより光
学素子の連続自動生産が容易になる。

【００２１】上記の成形金型において、前記胴型は、内
径が異なる大径部及び小径部と、前記大径部及び前記小
径部とをつなぐ段差部とを有し、前記段差部が前記当接
面を構成することが好ましい。かかる好ましい構成よれ
ば、簡易な構造で上下のパンチ型の一方のみに成形バリ
を発生させる成形金型を構成することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。

【００２３】図１は、本発明のレンズ成型金型の構成の
一例を示した概略断面図である。図１において、１は下
パンチ型、２は上パンチ型、３は内胴型、４は外胴型、
５はレンズ素材、６はリングスプリング、１０はレンズ
成型用金型である。

【００２４】レンズ成型金型１０は、下パンチ型１の成
形面にレンズ素材５を載置して、内胴型３、外胴型４、
及びリングスプリング６を備えた上パンチ型２を嵌挿し
て組み立てられる。

【００２５】図２は、図１のレンズ成型金型に用いられ
る内胴型３の縦断面図である。内胴型３の内面には、径
が異なる大径部３ａと小径部３ｂとが形成されており、
大径部３ａと小径部３ｂとの間には両者を結ぶ段差部３
ｃを有している。

【００２６】内胴型３の下端面から段差部３ｃの下面ま
での高さをＨ3とし（図２）、下パンチ型１の外周部上
面１ｂから円柱凸部平坦部１ａまでの高さをＨ1（図
１）とすると、Ｈ3＜Ｈ1となるように構成されている。
従って、下パンチ型１に内胴型３を嵌挿すると、図１に
示すように、下パンチ型１の円柱凸部平坦部１ａと内胴
型３の段差部３ｃとが当接し密着する。両当接面は、両
者の密着性が良好となるように、平面性よく仕上げられ
ている。

【００２７】上パンチ型２の円柱凸部２ｂの根本には、
超弾性合金で造られた断面形状が略Ｕ字状（又は略Ｖ字
状）をしたリングスプリング６が圧入されている。Ｕ字
状のリングスプリング６は無負荷状態では、図１に示す
ように少しＵ字形状が開いた形を呈している。リングス
プリング６の外径は、外胴型４の内径より小さい。

【００２８】成形プレス行程では上パンチ型２のフラン
ジ部２ａが外胴型４の上端面４ａに突き当たるまで押し
下げられる。従って外胴型４の長さによって成形レンズ
の厚さが決定付けられる。

【００２９】上パンチ型２の円柱凸部２ｂの外径と内胴
型３の小径部３ｂの内径とは、なめらかに摺動できるよ
うに適度なクリアランスをもって加工されている。

【００３０】次に上記の様に構成されたレンズ成形金型
の動作について説明する。

【００３１】図３は、図１のレンズ成型金型１０を熱プ
レス成型機に載置した状態を示した概略断面図である。
図３において、１１は下押圧板、１２は上押圧板、１３
は台座、１４はピストンヘッド、１５はピストン、１６
は外囲体である。上下の押圧板１１，１２内にはヒータ
が組み込まれており、金型ユニット１０を挟んで伝熱加
熱を行う。

【００３２】図１に示す様にレンズ素材５が挿置され準
備完了したレンズ成形金型ユニット１０を、図３に示す
様に熱プレス機に載置し、上押圧板１２を下降させ、ご
く軽い接触圧で金型ユニット１０を挟み、伝導加熱を行
う。金型内のレンズ素材５が昇温軟化し、プレス成形可
能な状態に達したところでプレスを開始する。そうする
とプレスの進行と共に軟化したレンズ素材５が押し延ば
され金型空間（キャビティ）内に充填されて行く。

【００３３】図４は、プレスが進行し、内胴型４の上端
面とリングスプリング６とがちょうど接触した時の状態
を示している。さらに上パンチ型２が下降すると、リン
グスプリング６が撓み始め、内胴型３にリングスプリン
グ６の弾性変形に基づく下向きの押圧力が作用し始める
（それまでは内胴型３の自重のみ）。即ち、内胴型３に
は、超弾性合金製リングスプリング６の弾性変形応力が
作用する。その働きで段差部３ｃと円柱凸部平坦部１ａ
とが強く密着し、軟化したレンズ素材が金型キャビティ
内に充満しても、下パンチ型１と内胴型３との間の成形
バリの発生を防ぐことが出来る。その後、図５に示すよ
うに、上パンチ型２のフランジ部２ａが、外胴型４の上
端面４ａに突き当たるまで押し下げられる。

【００３４】図６は、超弾性合金の応力−歪み特性を表
したグラフである。鉄系の合金材料では、弾性歪み範囲
は通常０．５％程であるが、超弾性合金のそれは８％程
度あり、負荷を取り去った後は元の形状に復帰する。ま
た図６に示す様にある変形率を超えると変形量に関係な
くほぼ一定の応力を示す。

【００３５】通常のバネ材では、図６のように大きく変
形させると、弾性変形範囲を越えてしまい永久変形を来
す。また通常のバネ材では、変形量に比例して応力も増
加するが、超弾性合金では変形量に関係なく応力がほぼ
一定であるため、一定の圧力で加圧すればよく、押圧力
が安定し圧力制御もし易い。

【００３６】本発明で使用できる超弾性合金は、上記の
超弾性を示す材料であれば特に限定されず、周知の超弾
性合金を使用することができる。例えば、Ｎｉ−Ｔｉ系
合金を使用することができる。

【００３７】なお、本方法では、上パンチ型２の円柱凸
部２ｂと内胴型３の小径部３ｂとの間には、従来どうり
のクリアランス（５μｍ程度）が存在し、成形バリが発
生する。

【００３８】図５の状態のまま、レンズ素材に金型形状
が確実に転写されるまで定温加熱状態を維持し、その後
冷却工程に移行する。冷却工程を終了すると、金型ユニ
ット１０を分解し、成形レンズ７を取り出す。

【００３９】本実施の形態では、成形バリは上パンチ型
２側にのみ発生するので、成形レンズ７は上パンチ型２
側に常に付着する。従って、上パンチ型２を抜き上げる
だけで成形レンズ７を取り外すことができる。

【００４０】以上により、レンズ成形の１サイクルが終
了する。

【００４１】そして再び図１のように金型内にレンズ素
材５を収納し、熱プレス機に載置し成形を行う。

【００４２】図７は、リングスプリングの他の例を示し
た断面図である。図７のリングスプリング６’は、断面
形状が中空円状（又は中空楕円状）をしている。図１に
示した略Ｕ字（略Ｖ字）形状のリングスプリング６より
さらに弾性応力（バネ力）を増加させたい場合に用いら
れる。

【００４３】上記の説明では、型開き時に成形レンズが
上パンチ型２側に付着する構成を示したが、下パンチ型
１側に付着する構成とすることもできる。このときは、
内胴型３の段差部３ｃが上パンチ型２と当接するように
し、かつ、リングスプリング６を下パンチ型１側に配置
すればよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレンズ成
形金型では、上下のパンチ型のどちらか一方の側に従来
通りの成形バリを発生させ、他方の側での成形バリの発
生を無くすことにより、成形バリの無い側のパンチ型と
成形レンズとの離型性を向上させ、型開き時に成形バリ
が形成された側に成型品が常に付着して出てくるように
することができる。成形レンズが付着する側が一定して
いるので、どちらに付着しているか判定する必要がなく
なり、その為のセンサーおよび判定動作も必要なく、そ
の結果自動取出機の構造が簡素になり、動作プログラ
ム，時間の短縮が行える。この結果、生産性が向上し、
ひいてはコストダウンが図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレンズ成型金型の構成の一例を示した
概略断面図

【図２】図１のレンズ成型金型に用いられる内胴型の縦
断面図

【図３】図１のレンズ成型金型を熱プレス成型機に載置
した状態を示した概略断面図

【図４】プレス途中のレンズ成形金型の概略断面図

【図５】プレスが完了し、レンズが造形された時の状態
を示したレンズ成形金型の概略断面図

【図６】超弾性合金の応力−歪み特性図

【図７】リングスプリングの他の例を示した断面図

【図８】従来のレンズ成形金型の構成の一例を示した概
略断面図

【図９】従来のレンズ成形金型を熱プレス成型機に載置
した状態を示した概略断面図

【図１０】片開き時、上パンチ型に成形レンズが付着し
た状態を示した概略断面図

【図１１】片開き時、下パンチ型に成形レンズが付着し
た状態を示した概略断面図

【符号の説明】

１ 下パンチ型 １ａ 円柱凸部平坦部 １ｂ 外周部上面 ２ 上パンチ型 ２ａ フランジ部 ２ｂ 円柱凸部 ３ 内胴型 ３ａ 大径部 ３ｂ 小径部 ３ｃ 段差部 ４ 外胴型 ４ａ 上端面 ５ レンズ素材 ６，６’ リングスプリング １０ レンズ成型用金型 １１ 下押圧板 １２ 上押圧板 １３ 台座 １４ ピストンヘッド １５ ピストン １６ 外囲体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の胴型と、前記胴型の上下方向から
   それぞれ嵌挿される上パンチ型と下パンチ型と、前記上
   パンチ型及び前記下パンチ型のうちのいずれか一方と前
   記胴型との間に設置された超弾性部材とを有し、前記胴
   型と前記上パンチ型と前記下パンチ型によって囲まれる
   キャビティ形状を転写することにより所望形状の光学素
   子を得る成形金型であって、 前記上パンチ型及び前記下パンチ型のうちのいずれか一
   方と前記胴型とは、前記キャビティに隣接する当接面を
   有し、 前記上パンチ型と前記下パンチ型との間に上下方向のプ
   レス圧を付与したとき、前記プレス圧が前記超弾性部材
   を介して前記当接面に作用するように構成されたことを
   特徴とする光学素子の成形金型。
2. 【請求項２】 前記胴型は、内径が異なる大径部及び小
   径部と、前記大径部及び前記小径部とをつなぐ段差部と
   を有し、前記段差部が前記当接面を構成する請求項１に
   記載の光学素子の成形金型。
3. 【請求項３】 前記超弾性部材は超弾性合金からなるリ
   ング形状を有し、半径方向断面が略Ｕ字状又は略Ｖ字状
   である請求項１に記載の光学素子の成形金型。
4. 【請求項４】 前記超弾性部材は超弾性合金からなるリ
   ング形状を有し、半径方向断面が中空の略円状又は略楕
   円状である請求項１に記載の光学素子の成形金型。
5. 【請求項５】 筒状の胴型と、前記胴型の上下方向から
   それぞれ嵌挿される上パンチ型と下パンチ型とによって
   囲まれるキャビティ内に成形素材を載置し、前記上パン
   チ型と前記下パンチ型との間に上下方向のプレス圧を付
   与して前記成形素材に前記キャビティ形状を転写して光
   学素子を製造する方法であって、 前記上パンチ型及び前記下パンチ型のうちのいずれか一
   方と前記胴型との間に超弾性部材を配置し、 前記プレス圧を、前記超弾性部材を介して、前記上パン
   チ型及び前記下パンチ型のうちのいずれか一方と前記胴
   型との、前記キャビティに隣接する当接面に付与させな
   がら、前記成形素材を成形することを特徴とする光学素
   子の製造方法。