JP2003048729A - プレス成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造で成形型の傾きを抑えて、高精度の
プレス成形品を得るためのプレス成形装置を提供するこ
とができる。 【解決手段】保持部材２０，２１は、密着的に対向する
少なくとも２枚のスペーサー３１，３２を介して連結さ
れており、スぺーサー３１，３２は、それぞれ表面に対
して裏面が非平行となっており、スペーサー３１，３２
の対向位相を変化させることにより、スペーサー３１，
３２を介して連結された２つの保持部材２０，２１の傾
き角が変化するようになっているので、簡素な構成で、
部品を取り替えることなく２つの保持部材２０，２１の
傾き角を調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形用素材をプレ
スして高精度な成形を行うためのプレス成形装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、レンズ等の光学素子を成形する
プレス成形装置としては、図１に示すように上下成形型
１０１，１０２と、これらに嵌合する胴型１０３からな
る構造が一般的に知られている。この構造では、胴型１
０３がガイドの役目をして、上成形型１０１もしくは下
成形型１０２が上下動して、加熱軟化した光学素子をプ
レス成形することが出来る。上下成形型１０１，１０２
と胴型１０３が嵌合する部分の隙間小さくすることによ
って、上下成形型１０１，１０２の軸線直角方向の偏心
を、10μm以下に規制することが可能である。

【０００３】しかしながら、胴型１０３と成形型１０
１，１０２の嵌合長が短いと、上下成形型１０１，１０
２の互いに対する傾き角は、数分以上発生する場合もあ
り、偏心感度の大きい高精度レンズを成形する際に問題
となる。これに対し、成形型１０１，１０２と胴型１０
３の嵌合部の隙間をより小さくすれば、ある程度を傾き
角を抑えることは出来、そうすることで偏心抑制にも有
利となるが、そのようなせまい隙間を介して摺動する
と、成形型１０１，１０２のカジリが生じて、成形がで
きなくなる恐れもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】成形型１０１，１０２
のかじりを防止し、かつ成形型１０１，１０２の偏心を
制御するために、成形型を保持する母型と、胴型に相当
する保持部材との隙間に窒素ガス等の圧力伝達媒体を供
給して、非接触で摺動させる方法がある。この方法で
は、圧力伝達媒体の流量または圧力を制御して成形型の
偏心を制御するためには、母型と保持部材との隙間を10
〜20μm程度にするのが望ましい。

【０００５】例えば、母型と保持部材の隙間が20μｍで
嵌合長が100ｍｍの場合、保持部材の内部における母型
の傾きは、最大41"となる。つまり、必然的に傾きが41"
以内に抑えられるわけだが、傾きが規制されるために、
部品の加工精度が悪いと、成形型光学面の中心軸が、対
向する成形型光学面の中心軸とずれてしまう。しかる
に、従来のごとく、偏心感度の低い光学素子を成形する
場合には、母型と保持部材の隙間を小さくすることで偏
心を抑えることに十分対処でき、部品加工精度に起因す
る成形型光学面の中心軸の傾きが問題となることはほと
んどなかった。

【０００６】ところが、近年のごとく要求精度が傾き3
0"以内といった偏心感度の高い光学素子を成形する場合
には、その傾きを制御する余地がほとんどなく、母型及
び成形型の加工精度が直接、対向する光学面中心軸の傾
きに影響し、結果として、成形される光学素子の精度に
影響することとなっている。更に、母型と保持部材の嵌
合によって傾きを抑えるようにすると、部品加工時に生
じた成形型の傾き成分を補正しきれなくなる。よって、
成形型および成形型まわりの部材の加工精度を極力あげ
なければならないという問題がある。

【０００７】逆に、傾き調整範囲を得るためには、成形
型部材と保持部材の隙間を広く確保する必要があるが、
窒素ガス等の圧力伝達媒体を供給して非接触で摺動させ
るためには、大量の窒素ガスを使用することになるの
で、現実的ではないといえる。

【０００８】本発明は、このような従来技術の問題に鑑
みてなされたものであり、簡単な構造で成形型の傾きを
抑えて、高精度のプレス成形品を得るためのプレス成形
装置を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のプレス
成形装置は、一対の成形型ユニットと、各成形型ユニッ
トを支持する保持部材とを有し、少なくとも一方の成形
型ユニットは、それを保持する前記保持部材に対して移
動可能となっているプレス成形装置において、前記２つ
の保持部材は、密着的に対向する少なくとも２枚のスペ
ーサーを介して突き合わされており、前記スぺーサー
は、それぞれ表面に対して裏面が非平行となっており、
前記スペーサーの対向位相を変化させることにより、前
記スペーサーを介して連結された前記２つの保持部材の
傾き角が変化するようになっているので、簡素な構成
で、部品を取り替えることなく２つの保持部材の傾き角
を調整でき、それにより成形型ユニットの傾きを調整し
て、軸ズレの少ない高精度なプレス成型品を得ることが
できる。

【００１０】請求項２に記載のプレス成形装置におい
て、前記成形型ユニットは、成形型と、該成形型を固定
する母型とからなり、前記保持部材は前記母型を保持す
るようになっていると好ましいが、成形型を保持部材に
より直接保持することも可能である。

【００１１】請求項３に記載のプレス成形装置は、第１
の成形型を取り付けた母型を摺動可能に内包する第１の
保持部材と、第２の成形型を取り付けた母型を固定的に
保持する第２の保持部材とを有するプレス成形装置にお
いて、前記第１及び第２の保持部材は、スペーサーを介
して突き合わされ、該スペーサーの前記第２の保持部材
と当接する面と、形状を転写する成形面を有する第２の
成形型の端面とが、略同一平面上に設定されており、該
スペーサーにおいて、前記第１の保持部材と当接する面
と、前記第２の保持部材と当接する面との間に、所定の
角度が設けられているので、該スペーサーの両面の傾き
を変えることで、前記保持部材同士の傾きを調整し、そ
れによって前記保持部材の内側に保持される対向する成
形型の中心軸の傾きを制御することができる。又、該ス
ペーサーの前記第２の保持部材と当接する面と、形状を
転写する成形面を有する第２の成形型の端面とが、略同
一平面上に設定されているので、対向する成形型の、成
形用素材に形状を転写する成形面の傾きが抑えられるた
め、軸ずれが少ない高精度のプレス成型品を得ることが
できる。即ち、傾き調整を行った場合、前記第１の保持
部材の傾く範囲の支点が、ほぼ成形型の中心軸と一致す
る。よって、傾きを抑えることで、横方向の軸ずれ（シ
フト）が大きくなるという副作用を抑制できる。

【００１２】請求項４に記載のプレス成形装置におい
て、前記スペーサーの所定の角度が０を超え５’以内で
あると、前記保持部材同士の傾きを良好に調整できる。

【００１３】請求項５に記載のプレス成形装置におい
て、前記スペーサーが複数設けられていると、位相を変
えることで、前記保持部材の傾きを任意に得ることが出
来る。

【００１４】請求項６に記載のプレス成形装置におい
て、前記スペーサーは、方向または角度を示す目盛りを
備えていると、位相あわせを行う上で好ましい。

【００１５】請求項７に記載のプレス成形装置におい
て、前記スペーサーの材料が、超硬、耐熱性Ni基合金、
耐熱性Fe基合金、または、セラミックスであると、耐熱
性に優れるので好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態に
かかるプレス成形装置の断面図である。図２に示すプレ
ス成形装置は、それぞれつば部２ａ、１ａと軸部２ｂ、
１ｂとからなる上下成形型２，１、円筒状の胴型３、不
図示の定盤に設置された円筒状の保持部材（第１の保持
部材）２０、保持部材２０に摺動自在に内包保持され且
つ下成形型（第１の成形型）１を取り付けた母型７、円
筒状の保持部材（第２の保持部材）２１，固定板１８に
上面を固定され側面を保持部材２１に固定的に内方保持
され且つ上成形型（第２の成形型）２を取り付けたた母
型８、母型８にボルト９で固定された固定部材６，母型
７にボルト１０を用いて固定された固定部材５，固定部
材５にボルト１７を用いて固定された固定部材１４、成
型時に光学素子用素材の外周を規制して光学素子の外形
を形成する搬送部品４、後述するスペーサー３１，３２
から構成されている。

【００１７】成形型１、２の母型７、８と接するつば部
１ａ、２ａは、それぞれ外周面がテーパー形状となって
おり、母型７、８における対応した形状のテーパー孔７
ａ、８ａに嵌合している。更に、弾性部材である部分安
定化ジルコニアからなるセラミックスプリング１１、１
３によって、成形型１，２は、母型７、８に押しつけら
れて固定されている。テーパー部同士が嵌合すること
で、母型７、８に対して成形型１，２の偏心が規制され
ている。

【００１８】下成形型１における円筒状の軸部１ｂの外
周には、胴型３が嵌合しており、その下端のフランジ部
３ａは、下成形型１のつば部１ａの上面である基準面１
ｃ上に配置されている。尚、胴型３の上下端面は、精度
良く平行度が維持されている。

【００１９】下成形型１の軸部１ｂ端面中央には、成形
されるべき光学素子の光学面形状に対応した光学面１ｄ
が形成されており、光学面１ｄと基準面１ｃは、下成形
型１を加工する時に、ワンチャックで（ワークを掴み変
えることなく）同時加工することにより、光学面１ｄの
中心軸と、基準面１ｃとなるつき当て面の傾きとを、垂
直からのずれがほとんどないように抑えることが可能で
ある。尚、上成形型２の軸部２ｂ端面中央に形成された
光学面２ｄと、上成形型２の軸部２ｂの下面である基準
面２ｃについても同様に加工してある。尚、基準面２ｃ
は、成形される光学素子のフランジを形成する面とな
る。

【００２０】上下成形型２，１の中央には袋孔２ｅ、１
ｅが形成されており、その中には、円筒状のヒーターＨ
と、それと断熱材Ｑを介して隔てられた温度測定用の熱
電対ＴＣとがそれぞれ配置されている。ヒーターＨは、
コネクタＣを介して外部の温度制御装置（不図示）に接
続されており、一方、熱電対ＴＣの起電力も、かかる温
度制御装置に入力されるようになっている。

【００２１】尚、上下成形型２，１の横方向（軸線直角
方向）の偏心は、図示していない制御装置で制御するも
のとする。本実施の形態では、成形型２，１と胴型３の
取り付けに、弾性部材である部分安定化ジルコニア製の
セラミックスプリングを使っている。下成形型１は、固
定部材５に対しセラミックスプリング１１の弾性力によ
り母型７に向かって押圧されており、一方、胴型３は、
別のセラミックスプリング１２の弾性力により、固定部
材１４に対し下成形型１に向かって押圧されている。胴
型３と下成形型１を固定するための固定部材５，１４を
分けたことで、下成形型１を取り外すことなく胴型３を
脱着することができ、それにより作業性が向上してい
る。上成形型２は、弾性部材であるセラミックスプリン
グ１３の弾性力により、固定部材６に対し母型８に向か
って押圧されている。

【００２２】ドーナツ形状の搬送部品４は、下成形型１
の軸部１ｂにおける上端近傍に形成された段部１ｅに嵌
合する内径を有し、又、胴型３の内周（先端面取り部を
除くく）に当接する外径を有しており、かかる構成によ
り、成形品であるレンズのフランジ外周面を精度良く形
成することができる。

【００２３】図２では誇張して描いているが、薄い環状
のスペーサー３１，３２は、それぞれ上面（表面）と下
面（裏面）とが非平行となっており、それらの面のなす
角度は、本実施の形態では０．５’であるが、０を超え
５’以内であると好ましい。かかるスペーサー３１，３
２を互いに密着させ、突き合わせた保持部材２０，２１
の間に挿入している。尚、図２に示した状態では、スペ
ーサー３１の最も軸線方向厚さの厚い部分を、スペーサ
ー３２の最も軸線方向厚さの薄い部分に重ねることで、
スペーサー３１の上面とスペーサー３２の下面とを平行
状態に維持することができる。又、スペーサー３２の下
面は、上成形型２の基準面２ｃと略同一平面上に配置さ
れている。

【００２４】以上のような構造の成形型を用いた成形に
ついて説明する。まず、不図示の搬送アームによって、
光学素子用素材であるガラスのプリフォーム（不図示）
と、搬送部品４が、保持部材２０の側面に形成された開
口２０ａを介して、成形室（上下成形型２，１の間）内
に搬入されてくる。搬送部品４が下成形型１の軸上とな
る位置で搬送アームが停止し、下降して搬送部品４が下
成形型１に設置される。尚、成形型２，１は、その内部
に設置されたヒーターＨ、熱電対ＴＣ、外部の温度制御
装置とにより、プリフォームよりもやや低い500〜550℃
に温度制御されている。成形型２，１の温度が低すぎる
と、プリフォームの温度が下がってしまい転写性が悪く
なったり、成形型２，１の温度が高すぎるとプリフォー
ムが型表面に張り付いたりして問題となるからである。

【００２５】つぎに搬送アームが上昇、移動し、プリフ
ォームが下成形型１の軸上となる位置で停止する。更に
搬送アームが下降することで、プリフォームが下成形型
１に設置される。搬送部品４とプリフォームの設置が完
了すると、搬送アームは成形室外に退避する。

【００２６】更に、保持部材２０と下成形型１との間に
窒素ガスを充填しつつ、不図示の押圧装置の動作により
下成形型１が上昇して、プレスを開始する。ここで、胴
型３の上下端面の平行度が確保されているので、下成形
型１に取り付けられた胴型３の上端が、上成形型２の基
準面２ｃにつき当たることにより、上下成形型２，１が
傾いていた場合でも、それらの傾きはプレス力により自
動的に修正される。又、成形される素材に外周形状を転
写する搬送部品４が、成形品であるレンズのフランジ上
面を転写する上成形型２の基準面２ｃに載置される。

【００２７】上下成形型２，１が密着した後、数秒間保
持し成形型温度をプリフォームの転移点以下まで下げた
時点で、下成形型１を下降させ、不図示の搬送アームを
成形室に進入させる。搬送アームは、胴型３の軸上で停
止し、成形品及び搬送部品４のを吸着保持する。かかる
搬送アームを、その状態のまま上方及び成形室外に移動
させることで、搬送部品４と一体で成形品である光学素
子が回収されるようになっている。

【００２８】保持部材２０，２１の傾き角を調整する場
合には、重ねたスペーサー３１，３２の一方を他方に対
して回転させ、その位相をずらす。図２に示した状態で
は、スペーサー３１の最も軸線方向厚さの厚い部分を、
スペーサー３２の最も軸線方向厚さの薄い部分に重ねる
ことで、全周において、スペーサー３１，３２の合計厚
さは等しくなっているが、位相をずらすことで、周方向
において厚さが異なるようになり、これを利用して保持
部材２０，２１の傾きを調整することが出来る。尚、ス
ペーサー３１，３２の側面に、最も厚い部分、最も薄い
部分、中間の厚さの部分など、例えば９０度ごとにマー
キング（目盛り付け）することで、位相合わせを効果的
に行うことが出来る。

【００２９】（実施例）まず、スペーサ３１，３２の合
計厚さが全周に等しい状態で、成形したレンズの波面収
差を干渉計を使って評価した。その結果、コマ収差が0.
06λであった。ここで、他の収差に比べコマ収差が最も
大きく、この収差を改善することが、レンズ性能の改善
に大きな効果があることがわかった。コマ収差が発生す
る要因の１つは、レンズ光学面のティルト（傾き）であ
る。また、レンズ光学面ティルトの要因の１つは、成形
型の傾きである。

【００３０】そこで、保持部材２０，２１の間に配置さ
れたスペーサー３１，３２の傾きを調整することで、レ
ンズのコマ収差を低減することを試みた。設計上、レン
ズ光学面ティルトが１'の時、コマ収差は、0.06λ発生
する。ここでは、２枚のスペーサー３１，３２は、平行
度が０になるように配置されているので、その平行度を
１'となるように組み直して成形すれば良いことにな
る。

【００３１】スペーサー３１，３２は、傾き0.5'のもの
が２枚使われているので、そのうちの１枚を180回転し
て、２枚重ねたときの傾きが１'となるように組み直し
た。そして、あらためて成形し、レンズの波面収差を測
定したところ、コマ収差は0.01λに減少していた。この
ように、成形型２，１に調整を加えることなく、スペー
サー３１，３２の調整だけで、成形されるレンズ性能の
改善が可能となった。

【００３２】また、このとき単にスペーサー３１，３２
の配置する方位を変えて傾けるだけだと、成形型２，１
にシフト（横方向のずれ）が生じる場合がある。なぜな
ら、成形型２，１は、母型８，７に取り付けられている
が、その母型８，７は周囲に配置された保持部材２１，
２０によって保持されているので、スペーサー３１，３
２が傾くと、スペーサー３１，３２の位置によっては、
下成形型１の光学面１ｄの中心軸が、上成形型２の光学
面２ｄの中心軸に対してシフトすることがあるからであ
る。例えば、スペーサー３２の下面の位置を上成形型１
の基準面（光学面）から、２０ｍｍ上の位置にした場合
を考える。保持部材２０，２１の傾きを１’調整する
と、下成形型１の光学面の中心軸が、上成形型２の光学
面の中心軸に対して約６ｍｍシフトすることになる。こ
れを解決するために、本実施の形態では、スペーサー３
２が保持部材２０と当接する面と、上成形型２の先端面
（基準面）２ｃとを、略同一平面とした。こうすること
で、スペーサー調整によって生じる傾きの中心が、ほぼ
成形型２の光学面２ｄの位置と等しくなり、シフトの発
生を極力小さくすることが可能となった。

【００３３】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。例えば、本実施の形態ではスペーサー
を２枚用いたが、３枚以上であっても良く、１枚であっ
ても良い。１枚の場合には、両面の傾きが異なるものを
複数種類用意して、傾きを測定しながら交換すると良
い。更に、胴型は、下成形型でなく上成形型に嵌合して
いても良い。弾性部材は、コイルばね、皿ばね、ばね座
金、板ばねであってよく、又、その材質は、セラミック
ス、耐熱性Ni基合金、耐熱性Fe基合金のいずれかであっ
てよい。

【００３４】以上のように本発明によれば、簡単な構造
で成形型の傾きを抑えて、高精度のプレス成形品を得る
ためのプレス成形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のプレス成形装置の断面図である。

【図２】本実施の形態にかかるプレス成形装置の断面図
である。

【符号の説明】

１ 下成形型 １ｃ 光学面 １ｄ 基準面 ２’ 上成形型 ２ｃ 光学面 ２ｄ 基準面 ３ 胴型 ４ 搬送部品 ５、６ 固定部材 ７，８ 母型 １１，１２，１３ セラミックスプリング ２０，２１ 保持部材 ３１，３２ スペーサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名古屋 浩 東京都八王子市石川町2970番地 コニカ株 式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の成形型ユニットと、各成形型ユニ
   ットを支持する保持部材とを有し、少なくとも一方の成
   形型ユニットは、それを保持する前記保持部材に対して
   移動可能となっているプレス成形装置において、 前記２つの保持部材は、密着的に対向する少なくとも２
   枚のスペーサーを介して突き合わされており、前記スぺ
   ーサーは、それぞれ表面に対して裏面が非平行となって
   おり、前記スペーサーの対向位相を変化させることによ
   り、前記スペーサーを介して連結された前記２つの保持
   部材の傾き角が変化するようになっていることを特徴と
   するプレス成形装置。
2. 【請求項２】 前記成形型ユニットは、成形型と、該成
   形型を固定する母型とからなり、前記保持部材は前記母
   型を保持するようになっていることを特徴とする請求項
   １に記載のプレス成形装置。
3. 【請求項３】 第１の成形型を取り付けた母型を摺動可
   能に内包する第１の保持部材と、第２の成形型を取り付
   けた母型を固定的に保持する第２の保持部材とを有する
   プレス成形装置において、 前記第１及び第２の保持部材は、スペーサーを介して突
   き合わされ、該スペーサーの前記第２の保持部材と当接
   する面と、形状を転写する成形面を有する第２の成形型
   の端面とが、略同一平面上に設定されており、該スペー
   サーにおいて、前記第１の保持部材と当接する面と、前
   記第２の保持部材と当接する面との間に、所定の角度が
   設けられていることを特徴とするプレス成形装置。
4. 【請求項４】 前記スペーサーの所定の角度が０を超え
   ５’以内であることを特徴とする請求項３に記載のプレ
   ス成形装置。
5. 【請求項５】 前記スペーサーが複数設けられているこ
   とを特徴とする請求項３または４に記載のプレス成形装
   置。
6. 【請求項６】 前記スペーサーは、方向または角度を示
   す目盛りを備えていることを特徴とする請求項１〜５の
   いずれかに記載のプレス成形装置。
7. 【請求項７】 前記スペーサーの材料が、超硬、耐熱性
   Ni基合金、耐熱性Fe基合金、または、セラミックスであ
   ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項にプレ
   ス成形装置。