JP2004002065A - 光学素子成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】小径レンズを精度良く成形することができる光学素子成形用金型を提供する。
【解決手段】第一のダイ１は、胴部１ａとその端面から突出した小径の突出部１ｂを有し、突出部１ｂの先端に一方の型面が形成されている。同様に、第二のダイ２は、胴部２ａとその端面から突出した小径の突出部２ｂを有し、突出部２ｂの先端に他方の型面が形成されている。キャビティダイ３は、第二のダイの突出部２ｂの外周に僅かなクリアランスを介して装着されている。キャビティダイ３の前端面は突出部２ｂの先端の型面よりも前方に突出している。キャビティダイ３の内周面は型の側面部分を構成する。第一の支持リング５には装着孔５ａが設けられ、その中に第一のダイ１が装着される。同様に、第二の支持リング６には装着孔６ａが設けられ、その中に第二のダイ２が装着される。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば非球面レンズ等の、高精度な光学素子をプレス成形によって製造する際に使用される金型に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報通信分野に使用されるレンズでは、関係機器の小型化に伴い、小径化、高精度化、複雑化が進んでいる。特にレンズの外径が３ｍｍ以下のものでは、後工程で外径の心取り加工を行うことが難しく、コスト低減の要請も相まって、外径をレンズ面と同時に成形する方法が採用されている。しかし、レンズの外径が小さくなると、レンズ面を成形するための金型の径や、その金型が取り付けられる装着孔の径もそれに応じて小さくなるので、金型の強度や装着孔の加工精度などについての問題が次第に大きくなる。
【０００３】
図２に、小径のレンズを成形する際に使用される従来の金型の一例を示す。
【０００４】
金型は、レンズ面を成形する上コア２１及び下コア２２、上コア２１を外周側から支持する上キャビティダイ２３、及び下コア２２を外周側から支持するとともにレンズの外径を成形する下キャビティダイ２４から構成されている。
【０００５】
（従来技術の問題点）
レンズの外径が小さくなると、上下のコア２１、２２の外径が小さくなり、強度が低下して加工や取り扱いが難しくなる。また、キャビティダイ２３、２４に設けられるコア装着用の孔も、精度良く加工が可能なのは、直径の２〜３倍弱の深さまでと限定されることから、小径の孔を要求される深さで精度良く加工することは容易ではない。特に、上下のキャビティダイ２３、２４の孔の相対位置の精度を確保するため、上下のキャビティダイ２３、２４を重ね合わせて一時に孔を加工する場合には、孔の深さが更に限定されてしまうので、金型の設計の自由度が損なわれることになる。
【０００６】
このように、小径のレンズを成形する際には、キャビティダイの孔の精度に限界があり、コア挿入時のクリアランス、成形されたレンズの外径形状の精度、レンズ上下面のディセンタ精度などが問題となってくる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような小径レンズを成形する際の金型の構造上の問題に鑑み成されたもので、本発明の目的は、小径レンズを精度良く成形することができる光学素子成形用金型を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学素子成形用金型は、
一対のダイを用いてガラス製の光学素子を成形する際に使用される金型であって、
胴部及び胴部の端面から突出し胴部よりも小さい径の突出部を有し、この突出部の先端に一方の型面が形成された第一のダイと、
胴部及び胴部の端面から突出し胴部よりも小さい径の突出部を有し、この突出部の先端に他方の型面が形成された第二のダイと、
第二のダイの前方に取り付けられ、第二のダイの前記突出部の外周に嵌合し、前端面が前記他方の型面よりも前方に突出し、型の側面部分を構成するキャビティダイと、
第一のダイをその胴部の外周側から支持する装着孔を備えた第一の支持リングと、
第二のダイをその胴部の外周側から支持するとともに、キャビティダイを外周側から支持する装着孔を備えた第二の支持リングと、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学素子成形用金型によれば、第一及び第二のダイの胴部の端面にそれぞれ突出部を設け、この突出部の先端に型面を形成しているので、第一及び第二のダイの胴部の外径を、成形される光学素子の外径よりも大きく設定することができる。従って、従来の金型と比べて、第一及び第二のダイの剛性を高めることができる。
【００１０】
また、型の側面部分を構成するキャビティダイを、第二のダイの突出部の外周に装着しているので、キャビティダイの厚さ及び外径についての設計上の制約が少ない。従って、第二のダイの突出部の長さを適切に設定することによって、キャビティダイに設けられる孔の加工精度を確保することができる。
【００１１】
更に、第一及び第二のダイの胴部の外径を大きく設定することができるので、第一及び第二の支持リングにそれぞれ設けられる装着孔の径を小さくする必要がない。従って、これらの装着孔の加工が容易になるとともにその寸法精度の確保が容易になる。
【００１２】
以上の結果、本発明の光学素子成形用金型によれば、小径の光学素子の二つの光学面及び側面を高い精度で同時に加工することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に基づく光学素子成形用金型を示す。図中、１は第一のダイ、２は第二のダイ、３はキャビティダイ、５は第一の支持リング、６は第二の支持リング、１０は成形されるレンズ（光学素子）を表す。
【００１４】
第一のダイ１は、胴部１ａと、その端面から突出し胴部１ａよりも小さい径の突出部１ｂとを有している。この突出部１ｂの先端に一方の型面が形成されている。第二のダイ２も、同様に、胴部２ａと、その端面から突出し胴部２ａよりも小さい径の突出部２ｂとを有している。この突出部２ｂの先端に他方の型面が形成されている。第二のダイ２の前方にはキャビティダイ３が取り付けられている。キャビティダイ３は、第二のダイ２の突出部２ｂの外周に数ミクロンのクリアランスを介して嵌合している。キャビティダイ３の後端面（図では下面）は、第二のダイの胴部２ａの端面に突き当たり、前端面（図では上面）は、突出部２ｂの先端に形成された型面よりも前方に突出している。キャビティダイ３の内周面は、型の側面部分を構成している。
【００１５】
第一の支持リング５は、中心の装着孔５ａが形成され、この装着孔５ａの中に第一のダイ１が装着される。第一のダイ１の胴部１ａは、数ミクロンのクリアランスを介して、装着孔５ａに嵌合している。第二の支持リング６は、中心に装着孔６ａが形成され、この装着孔６ａの中に第二のダイ２が装着される。第二のダイの胴部２ａ及びキャビティダイ３の外周面は、数ミクロンのクリアランスを介して、装着孔６ａに嵌合している。
【００１６】
なお、装着孔５ａ及び装着孔６ａは、第一の支持リング５及び第二の支持リング６を重ね合わせた状態で一時に加工することによって、相互の中心軸を正確に一致させることができる。また、成形の際の第一の支持リング５に対する第二の支持リング６の位置決めは、両者の周縁部に設けられたガイドピン（図示せず）によって行われる。
【００１７】
上記の金型によれば、第一及び第二のダイの胴部１ａ、２ａの端面にそれぞれ突出部１ｂ、２ｂを設け、これらの突出部１ｂ、２ｂの先端に型面を形成しているので、第一及び第二のダイの胴部１ａ、２ａの外径を、製造される成形品（レンズ１０）の外径よりも大きく設定することができる。従って、製造される成形品の外径に応じて、突出部１ｂ、２ｂの長さを適切に設定することによって、第一及び第二のダイ１、２の剛性を確保することができる。
【００１８】
型の側面部分は、キャビティダイ３の内周面によって構成される。キャビティダイ３は第二のダイの突出部２ｂの外周に装着されるので、キャビティダイの厚さ（長さ）及び外径についての制約が少ない。従って、第二のダイの突出部２ｂの長さ及びキャビティダイ３の外径を適切に設定することによって、キャビティダイ３に設けられる孔の加工精度を確保することができる。
【００１９】
また、第一及び第二のダイの胴部１ａ、２ａの外径を、製造される成形品の外径よりも大きく設定することができるので、第一の支持リング５及び第二の支持リング６にそれぞれ設けられる装着孔５ａ、６ａの径も大きくなる。従って、これらの装着孔５ａ、６ａの加工が容易になるとともに、その寸法精度の確保も容易になる。
【００２０】
次に、本発明の金型を使用してレンズを成形するプロセスについて説明する。
【００２１】
先ず、レンズの成形に先立って、第一の支持リング５に第一のダイ１を装着して固定するとともに、第二の支持リング６にキャビティダイ３及び第二のダイ２を装着して固定する。第一の支持リング５及び第二の支持リング６をプレス装置（図示せず）に固定する。
【００２２】
次いで、第二のダイ２の上にガラス製の成形素材をセットする。第二の支持リング６を第一の支持リング５に近付けた状態で、不活性雰囲気中で、成形素材を第一のダイ１、第二のダイ２、キャビティダイ３、第一の支持リング５及び第二の支持リング６とともに加熱する。成形素材が所定の成形温度で安定したところで、第二の支持リング６を更に前進させて第二の支持リング６及び第一の支持リング５の背後からプレス荷重を加え、第二のダイ２と第一のダイ１の間でレンズ１０を成形する。レンズ１０の外周は、キャビティダイ３の内周面に密着することによって成形される。その後、金型を閉じた状態のまま、レンズ１０（成形品）及び金型を冷却する。レンズ１０の温度が所定の温度まで下ったところで、型開きを行い、レンズ１０を回収する。
【００２３】
なお、第一及び第二の支持リング５、６に、それぞれ複数の装着孔５ａ、６ａを設け、第一の支持リング５の各装着孔５ａに第一のダイ１を装着し、第二の支持リング６の各装着孔６ａにキャティダイ３及び第一のダイ２を装着すれば、複数の成形品を同時に製造することができる。
【００２４】
本発明の成形用金型を用いて外径２ｍｍのレンズを製造した。なお、この例では、第一及び第二の支持リング５、６に４組の第一のダイ１、第二のダイ２及びキャティダイ３が装着された金型を使用した。第一のダイ１の胴部の外径を５ｍｍ、第二のダイ２の胴部の外径を８ｍｍとした。キャビティダイ３には、図１に示すように、外周状に段差が設けられたものを使用し、前端側の外径を第一のダイ１に合わせて５ｍｍ、後端側の外径を第二のダイ２に合わせて８ｍｍとした。
【００２５】
成形素材には、Ｌ−ＢＡＬ４２（オハラ社製）のボール材を使用した。成形条件は、成形温度：５６０℃、プレスカ：２００ｋｇｆとした。連続１００回成形を行い、レンズの外径、面精度、ディセンタとも高精度に成形可能であることを確認した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の光学素子成形用金型によれば、第一及び第二のダイ、キャビティダイ、第一及び第二の支持リングを、高い寸法精度で比較的容易に加工することができる。従って、本発明の光学素子成形用金型を用いれば、小径の光学素子の二つの光学面及び側面を高い精度で同時に加工することができる。
【００２７】
また、本発明の光学素子成形用金型によれば、製造される成形品の外径あるいは形状が変わった場合にも、第一及び第二のダイとキャビティダイを交換すれば、第一及び第二の支持リングは共通に使用することができる。従って、金型の製作コストを引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学素子成形用金型の概要を示す図。
【図２】従来の光学素子成形用金型の概要を示す図。
【符号の説明】
１・・・第一のダイ、
１ａ・・・胴部、
１ｂ・・・突出部、
２・・・第二のダイ、
２ａ・・・胴部、
２ｂ・・・突出部、
３・・・キャビティダイ、
５・・・第一の支持リング、
５ａ・・・装着孔、
６・・・第二の支持リング、
６ａ・・・装着孔、
１０・・・レンズ（光学素子）、
２１・・・上コア、
２２・・・下コア、
２３・・・上キャビティダイ、
２４・・・下キャビティダイ。

Claims (1)

1. 一対のダイを用いてガラス製の光学素子を成形する際に使用される金型であって、
   胴部及び胴部の端面から突出し胴部よりも小さい径の突出部を有し、この突出部の先端に一方の型面が形成された第一のダイと、
   胴部及び胴部の端面から突出し胴部よりも小さい径の突出部を有し、この突出部の先端に他方の型面が形成された第二のダイと、
   第二のダイの前方に取り付けられ、第二のダイの前記突出部の外周に嵌合し、前端面が前記他方の型面よりも前方に突出し、型の側面部分を構成するキャビティダイと、
   第一のダイをその胴部の外周側から支持する装着孔を備えた第一の支持リングと、
   第二のダイをその胴部の外周側から支持するとともに、キャビティダイを外周側から支持する装着孔を備えた第二の支持リングと、
   を備えたことを特徴とする光学素子成形用金型。

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