JP2004314464A - 金型装置及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】中子の位置を高精度に調整することのできる金型装置及びこれを用いて成形された光学性能に優れた光学素子を提供する。
【解決手段】複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、固定側型板４と、可動側型板と、固定側型板４に埋設されていると共に固定側型板４とクリアランス１１を有してなる固定側中子６と、可動側型板に埋設されている可動側中子と、固定側中子６の固定側型板４に対する相対位置を検出する渦電流式変位センサ２１と、金型開閉方向に対し直交する方向に固定側中子６を移動可能とするクサビブロック２６、２７、２８、２９とを有し、クサビブロック２６、２７、２８、２９は、固定側中子６の重心を通り固定側中子６の移動方向に平行な軸上に配置される。
【選択図】図２
【解決手段】複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、固定側型板４と、可動側型板と、固定側型板４に埋設されていると共に固定側型板４とクリアランス１１を有してなる固定側中子６と、可動側型板に埋設されている可動側中子と、固定側中子６の固定側型板４に対する相対位置を検出する渦電流式変位センサ２１と、金型開閉方向に対し直交する方向に固定側中子６を移動可能とするクサビブロック２６、２７、２８、２９とを有し、クサビブロック２６、２７、２８、２９は、固定側中子６の重心を通り固定側中子６の移動方向に平行な軸上に配置される。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学面の位置精度を向上させることにより極めて良好な光学性能を有する光学素子を提供することのできる金型装置、及びこれにより成形される光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非球面、球面、自由曲面等の光学機能面を備えたカメラ用あるいはヘッドマウントディスプレイ用等のレンズ、プリズムは熱可塑性材料を用いた射出成形等の技術を用いて製作することが一般的である。しかし、これらレンズ、プリズムの光学面形状やその位置関係を設計値どおりに再現するためには、該光学面を構成する金型のキャビティ面の形成や位置決めなどに非常に高度な機械加工や組み立て技術が要求される。特に、光線入射面および出射面以外に裏面反射面に自由曲面のような曲率を持たせた光学面を有する光学素子を成形加工する場合には、要求される技術は更に高度なものになることは必至である。
【０００３】
このような複数の光学面で構成された光学素子を成形する場合、各光学面毎に鏡面コアを設け、個々にそれぞれの光学面を転写させる手法が一般的である。従って、光学素子の偏心を寸法許容差内に抑えるためには、鏡面コアを組込む中子との嵌合代を極めて小さくしたり、鏡面コアを含む各金型部品の寸法精度を厳しくしたりする必要がある。それに対して、例えば特許文献１では、金型ベースと鏡面駒との間に金型ベースに対する鏡面駒の位置を調整するためのクサビもしくは調整用ボルトを設けることで鏡面駒の位置調整を可能にし、鏡面駒を高精度に組み付けることができるとしている。また特許文献１においては、鏡面コアの位置ズレを光軸測定装置により計測し、組み付けのズレ量を前記クサビもしくは調整用ボルトで調整することが可能であるとしている。
【０００４】
しかしながら、この方法では成形機に金型を取り付けた状態で鏡面コアの位置ズレを測定したり調整したりすることが困難である。また、特許文献１のクサビもしくは調整用ボルトで鏡面コアを押圧した場合、押圧した調整部材を支点に回転挙動が発生しやすく、また鏡面コアのズレ量を測定する光軸測定装置では回転挙動までは正確に測定することが出来ない。そのため、組み付け調整が難しくなる。
【０００５】
これらのような課題を解決する手段として、例えば特許文献２に記載の方法が提案されている。特許文献２では、位置調整機構をマイクロメータのスピンドルヘッドにすることで当接部材の微小な移動操作を容易にできるとしている。また、マイクロメータとクサビブロックを組み合わせた位置調整機構を用いることで、成形面を平行に移動させることができるとしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−７７７６３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３９５５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には次のような欠点がある。特許文献２に記載の方法では中子の中心に成形面の軸が無いような場合、例えば成形面が中子の片側に偏っている場合や多数取りの場合には、マイクロメータによる調整方法では回転挙動を精度良く抑制することが出来ないとともに、ガタが生じ易く、高精度な測定は不可能である。
【０００８】
本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みなされたもので、固定側と可動側の型板に埋設される中子の位置を変位センサにより検出し、その検出値に応じて中子位置調整手段により中子の位置を高精度に調整することのできる金型装置及びこれを用いて成形された偏心精度、光学性能に優れた光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、固定側型板と、可動側型板と、該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、を有し、前記中子位置調整手段は前記中子の重心を通り前記中子の移動方向に平行な軸上に配置されている、金型装置である。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、固定側型板と、可動側型板と、該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、を有し、前記中子位置調整手段は前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向に対し略中央位置に配置されている、金型装置である。
【００１１】
また、本発明の第３の態様は、複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、固定側型板と、可動側型板と、該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、を有し、前記中子位置調整手段は前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向中央に関して略対称的に複数配置されている、金型装置である。
【００１２】
上記の第１乃至第３の態様に係る構成によれば、固定側と可動側の型板に埋設される中子の位置を変位センサにより検出し、その検出値に応じて中子位置調整手段により中子の位置を高精度に調整することができる。
また、中子位置調整手段を、上記の第１の態様に係る構成のように中子の重心を通り前記中子の移動方向に平行な軸上に配置したことにより、又は上記の第２の態様に係る構成のように中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向に対し略中央位置に配置したことにより、又は上記の第３の態様に係る構成のように中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向中央に関して略対称的に複数配置したことにより、中子を平行移動せしめ中子の回転挙動を抑制することができる。また、上記の第２及び第３の態様に係る構成は、中子位置調整手段を、中子の重心を通り中子の移動方向に平行な軸上に配置することが困難な場合、例えば、中子の形状が複雑で中子の重心が割り出しにくい場合や、中子の重心を通り中子の移動方向に平行な軸上に別の部材がある場合等に、適用するのが好適である。
【００１３】
本発明の第４の態様は、上記第１乃至第３の何れか一つの態様において、前記中子位置調整手段と前記中子との面接触部分の長さは、前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長さの１／８以上である、構成である。
この構成によれば、中子の回転挙動の発生を、より抑制することができる。尚、本発明者による鋭意検討の結果から、中子位置調整手段と中子との面接触部分の長さが中子側面の長さの１／８未満であると中子摺動時の回転挙動は大きくなるので、その回転挙動を抑制するためには、その長さを中子側面の長さの１／８以上にすることが望ましく、好ましくは１／３以上にすることが望ましく、更に好ましくは１／２以上にすることが望ましいことが明らかになっている。
【００１４】
本発明の第５の態様は、上記第１乃至第４の何れか一つの態様において、前記中子位置調整手段はくさび状を呈したブロック部材である、構成である。
本発明の第６の態様は、前記ブロック部材の、前記ブロック部材と前記中子との面接触部分および前記ブロック部材と前記型板との面接触部分の表面粗さＲａはともに１．６μｍ以下である、構成である。
【００１５】
この構成によれば、中子の摺動をより円滑にすることができ、更には高精度に中子の位置を調整することができる。尚、本発明者による鋭意検討の結果から、その表面粗さＲａが１．６μｍを超えると、ブロック部材と中子、ブロック部材と型板間の摺動抵抗が大きくスムーズに動かなくなり、中子の摺動を円滑にすることができなくなるので、それを解決するためには、その表面粗さＲａを１．６μｍ以下にすることが望ましく、好ましくは０．０１〜１．６μｍにすることが望ましく、更に好ましくは０．０５〜０．２μｍにすることが望ましいことが明らかになっている。
【００１６】
本発明の第７の態様は、上記第５又は第６の態様において、前記くさび状を呈したブロック部材のテーパー角は、０．５°以上５°未満である、構成である。
この構成によれば、中子を高精度、高分解能で制御することができる。尚、本発明者による鋭意検討の結果から、そのテーパー角が０．５°未満では中子の移動量が小さすぎ、中子の移動量を適正にしようとすると金型装置が大型化し、また、５°以上では中子の位置制御の精度、分解能が低下するので、それを解決するためには、そのテーパー角θを０．５°以上５°未満にすることが望ましく、好ましくは０．５°〜３°にすることが望ましく、更に好ましくは１°〜２°にすることが望ましいことが明らかになっている。
【００１７】
本発明の第８の態様は、上記第５乃至第８の何れか一つの態様において、前記ブロック部材の、前記中子と面接触する側面及び前記型板と面接触する側面と、前記金型開閉方向に直交する平面とにより得られる２つの交線のなす角度が５分以下である、構成である。
【００１８】
この構成によれば、型板に埋設されている中子の初期傾きを抑制することができる。尚、本発明者による鋭意検討の結果から、その角度が５分を超えると中子の初期傾きが生じる虞があるので、それを解決するためには、その角度を５分以下にすることが望ましく、好ましくは２．５分以下にすることが望ましく、更に好ましくは１分以下にすることが望ましいことが明らかになっている。
【００１９】
本発明の第９の態様は、上記第１乃至第８の何れか一つの態様において、前記変位センサは、前記中子の側面に対向して２個以上、該側面に垂直な中子の側面に対向して１個以上設けられている、構成である。
この構成によれば、中子位置の摺動距離を正確に把握することができ、更には、中子摺動の回転挙動を把握することができる。
【００２０】
本発明の第１０の態様は、請求項１乃至９の何れか一つの態様において、前記変位センサは、渦電流式変位センサである、構成である。
本発明の第１１の態様は、上記第１乃至第１０の態様の何れか一つの態様に記載の金型装置により成形したことを特徴とする光学素子である。
【００２１】
上記の構成によれば、高い偏心精度と優れた光学性能を有する光学素子を提供することができ、この光学素子を用いることにより高い解像力の光学系を有する光学製品を提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態１を図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１における射出成形用金型装置（以下単に金型装置ともいう）の概要図である。図２は、実施の形態１の金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。図３は、実施の形態１における中子位置調整手段の概要図である。図４（ａ） は、実施の形態１における金型装置のキャビティ付近の断面図である。図４（ｂ） は、実施の形態１における調整後の金型装置のキャビティ付近の断面図である。図５は、実施の形態１により回転挙動を抑制した場合の変位センサ出力値を示した図である。
【００２３】
まず、実施の形態１に係る金型装置の構成について説明する。
図１に示すように、金型装置１は、固定金型２と可動金型３により構成されており、固定金型２の固定側型板４および可動金型３の可動側型板５には、それぞれ固定側中子６および可動側中子７が埋設されている。更に、固定側中子６および可動側中子７にはそれぞれ固定側鏡面コア８、可動側鏡面コア９が埋設されており、各鏡面コア８、９と各中子６、７とで光学素子としてのレンズを成形するキャビティ３５を形成している。尚、固定側型板６と可動側型板７の合わせ面１０を境に、金型装置１は開閉する。
【００２４】
更に、図１、図２に示すように固定側中子６は、固定側型板４とクリアランス１１を介して埋設されている。また、図１に示すように、スプルーブッシュ１２と固定側型板４および固定側取付板１３との間にもクリアランス１４が設けられている。
【００２５】
また、固定側中子６は、金型合わせ面１０側より挿通したボルト１５により、固定側型板４に複数箇所でスライド可能に固定されている。可動側中子７は可動側型板５の底面から挿通したボルト１６により可動側型板５に複数箇所で固定されている。尚、可動側中子７は、可動側型板５と金型合わせ面１０側より挿通したボルトで固定されても良い。
【００２６】
固定側鏡面コア８は、固定側中子６の底面から挿通したボルト１７により固定側中子６に固定されている。
可動側鏡面コア９は、キャビティ３５とは反対側の形状がフランジ形状となっており、突き出し板１８、１９に挟まれる形で連結されている。
【００２７】
また、図２に示すように固定側型板４には、固定側中子６の一側面（図２では上面）とこれに垂直な側面（図２では左面）に対向するようにそれぞれ２箇所づつセンサ固定部２０が形成され、各センサ固定部２０には耐熱型の非接触式の渦電流式変位センサ２１がその変位検出面２１ａと固定側中子６との距離を０．１〜０．５ｍｍとなるように位置決めされて配置されている。尚、この変位検出面２１ａと固定側中子６との距離０．１〜０．５ｍｍは、渦電流式変位センサ２１の変位検出レンジ内であることはもちろんである。渦電流式変位センサ２１の変位検出面２１ａが対向する固定側中子６の部分には、渦電流式変位センサ２１のインピーダンス出力を最も線形に保ち得る材質のプレート２２が埋設されている。これらの渦電流式変位センサ２１は、アンプ２３を介して出力表示を行うカウンタ２４に電気的に接続されている。
【００２８】
更に、固定側型板４には固定側中子６を側面より押圧するための押圧ボルト２５（図１参照）が、渦電流式変位センサ２１の設置面側に、それぞれ１箇所づつ埋設されている。この押圧ボルト２５は、通常成形時には固定側中子６の側面とは接触させていない。
【００２９】
更に、固定側中子６と固定側型板４との間には固定側中子６の対向する側面にそれぞれ１箇所づつクサビブロック２６、２７が埋設されており、これと垂直な側面にそれぞれ１箇所づつにクサビブロック２８、２９が埋設されている。クサビブロック２６、２７、２８、２９は、固定側中子６の重心Ｊを通り固定側中子６の移動方向に平行な軸（図２の点線）上に埋設されている。このクサビブロック２６、２７、２８、２９は、固定側中子６を金型開閉方向とは直交する方向に移動させその位置を調整するための中子位置調整手段として作用する。
【００３０】
更に、このクサビブロック２６、２７、２８、２９と固定側中子６との面当たりする長さＬは固定側中子６の側面長さＨに対して、Ｌ＞Ｈ／２である。尚、このクサビブロック２６、２７、２８、２９の長さＬは同じでなくても良い。
また、図３に示すように、このクサビブロック２６、２７、２８、２９のテーパー面Ａの表面粗さＲａは０．０５〜０．２μｍである。更に、テーパー面Ａと相対する面Ｂも同様に表面粗さＲａは０．０５〜０．２μｍで仕上げられている。
【００３１】
また、クサビブロック２６、２７、２８、２９のテーパー角θは２°で形成されており、金型合わせ面１０側から次第に厚みを減ずるように配設されている。またテーパー面Ａの相対する面Ｂは垂直面として形成されている。
また、クサビブロック２６、２７、２８、２９の、中子側面に面当たりする面Ａ及びそれに相対する面Ｂと、金型開閉方向に直交する平面とにより得られる２つの交線のなす角度は３５秒以下である。
【００３２】
更に、図４（ａ） に示すように、クサビブロック２６、２７、２８、２９は、コイルバネ３０を介してボルト３１により固定側型板４と連結されている。
尚、図１において、３２は可動側取付板であり、３３は図示せぬ成形機と位置決めするためのロケートリングである。３４は突き出し板１８、１９の可動エリアを確保するためのスペーサーである。
【００３３】
続いて、上述した構成の作用について説明する。
固定側型板４と可動側型板５にそれぞれ埋設される固定側中子６と可動側中子７の相対的位置関係は、もとより固定側鏡面コア８と可動側鏡面コア９に関しても、それぞれ埋設位置や加工誤差により、初期段階では、図４（ａ） に示すようにお互いに一定のズレ量を有している。この状態の金型装置１によりキャビティ３５に樹脂を充填し、冷却固化してレンズ部品を製作し、レンズ面間の偏心をあらかじめ計測し、その偏心量を求めておく。
【００３４】
次に、固定側型板４と可動側型板５の合わせ面１０を離間し、図４（ａ） に示す固定側中子６を固定するボルト１５を緩める。更に、図４（ａ） に示すスプルーブッシュ１２を固定させるボルト３６も緩める。次にクサビブロック２７のボルト３１を予め緩めておいて、クサビブロック２７を紙面上、上方にスライドしておく。そして、クサビブロック２６のボルト３１を締め付けていくとクサビブロック２６は紙面上、下方にスライドしていく。同時に固定側中子６はクサビブロック２６のテーパー面Ａの作用により、紙面上、左方向にスライドする。固定側鏡面コア８も固定側中子６に支持されながら同時に同方向にスライドしていく。固定側中子６の挙動は図２に示す渦電流式変位センサ２１により常に検出され、アンプ２３を介してカウンタ２４に表示されているため、作業者はこの表示値があらかじめ求めておいた偏心量だけ変化したことを確認しながら固定側中子６の最適位置を効率時に設定することができる。更にクサビブロック２６に相対するクサビブロック２７のボルト３１を押し込んで、固定側中子６を挟みこむことで、固定側中子６の位置を固定することができる。固定側中子６の位置調整後に図４（ａ） に示す固定ボルト１５を締め付けることで、固定側中子６を固定側型板４に完全に固定して調整作業が完了する。
【００３５】
また、仮に調整作業において、クサビブロック２６を動かしすぎて固定側中子６の位置が最適な位置を通り越した際には、クサビブロック２６のボルト３１を若干量だけ緩めてクサビブロックを紙面上、上方にスライドさせ、クサビブロック２７のボルト３１を締め付けて固定側中子６を、紙面上、右側にスライドさせ固定側中子６の位置を微調整することができる。クサビブロック２６、２７、２８、２９のそれぞれのボルト３１を使って押し込んだり、緩めたりすることで、固定側中子６の金型開閉方向とは垂直方向の位置を高精度に調整することができる。
【００３６】
本実施の形態においては、このクサビブロック２６、２７、２８、２９のテーパー面Ａの角度θを２°にすることでボルト３１の押し付け、緩めに対して高分解能な摺動が可能になり、高精度な位置調整が可能になる。更にクサビブロック２６、２７、２８、２９のテーパー面Ａと、テーパー面Ａと相対する面Ｂの表面粗さＲａを０．０５〜０．２μｍで仕上げることで、固定側中子６の摺動を円滑にすることができる。更に、クサビブロック２６、２７、２８、２９の、固定側中子６の側面に面当たりする面Ａ及びそれに相対する面Ｂと、金型開閉方向に直交する平面とにより得られる２つの交線のなす角度を３５秒以下にすることで、固定側型板４に埋設されている固定側中子６の初期傾きを抑制することができる。また、クサビブロック２６、２７、２８、２９と固定側中子６の側面との面当たりする長さＬをＨ／２以上の長さにすることで、ぐらつかず安定した固定側中子６の摺動を可能にすることができる。
【００３７】
ここで一例として、クサビブロック２６、２７、２８、２９の長さをＨ／８にした場合の渦電流式変位センサ２１の出力値を図５に示す。図５は、固定側中子６をクリアランス１１の範囲内で最大限に動かしたときの出力値である。図５では、固定側中子６の摺動時に２つの渦電流式変位センサ２１の出力値で開きが発生していないので、回転挙動が抑制され固定側中子６が平行に移動している様子を示している。尚、図５において、上部右及び上部左のセンサ出力とは、図２の紙面上、固定側中子６の上側右及び上側左に配置された２つの渦電流式変位センサ２１の出力を示している。
【００３８】
また、クサビブロック２６、２７、２８、２９を押し付け過ぎた際には、クサビブロック２６、２７、２８、２９と固定側中子６と齧りを発生させクサビブロック２６、２７、２８、２９が動かなくなることがある。その場合には、固定側型板４に設置されている固定側中子６の側面を押圧する押圧ボルト２５を強く押し込み、固定側中子６の位置を微小距離分だけ動かすことでクサビブロック２６、２７、２８、２９と固定側中子６に微小な隙間を発生させ、クサビブロック２６、２７、２８、２９の齧りを解消し摺動可能にさせることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態１によれば、金型装置を成形機に取り付けた状態であっても、金型固定側と可動側の相対的な位置ズレを作業者がリアルタイムに確認しながら最適な状態に調整することができる。また、固定側中子の摺動時の回転および平行移動の挙動を渦電流式変位センサで確認することができ、更に、実施の形態１の金型装置により、固定側中子の回転挙動を抑制し、高精度に平行移動せしめることができるので、多数個取りにおいても高精度に中子位置を調整することができる。
【００４０】
更に、レンズの偏心量に応じて金型の修正加工や組み直しを行う従来の手法に比べて、極めて迅速かつ正確に偏心量が小さく光学性能に優れた光学素子を提供することができる。
次に、本発明の実施の形態２を図６及び図７に基づいて説明する。
【００４１】
実施の形態２に関しては、上述の実施の形態１と異なる部分のみ記載する。図６は、実施の形態２における射出成形用金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。図７は、実施の形態２における金型装置のキャビティ付近の断面図である。
【００４２】
まず、実施の形態２に係る金型装置の構成について説明する。
図６に示すように、固定側中子４１と固定側型板４０との間の一側面に２箇所、クサビブロック４２、４３が埋設されており、かつクサビブロック４２、４３は固定側中子４１の側面長さＨ′の中心軸Ｔを基準に対称な位置に埋設されている。更に、これと垂直方向の図６の紙面上の右側の側面に２箇所クサビブロック４４、４５が埋設されており、かつクサビブロック４４、４５は固定側中子４１の側面長さＨ” の中心軸Ｔを基準に対称な位置に埋設されている。このクサビブロック４２、４３、４４、４５は固定側中子４１の金型開閉方向とは垂直方向の位置を調整するための中子位置調整手段である。また、このクサビブロック４２、４３、４４、４５と固定側中子４１との面当たりする長さＬは固定側中子４１の側面長さＨ′もしくはＨ” に対して、それぞれ１／８以上で構成されている。このクサビブロック４２と４３の長さＬ′は同等の長さであり、クサビブロック４４、４５の長さＬ” は同等の長さである。
【００４３】
また、５０は、固定側中子４１と固定側型板４０との間に設けられたクリアランスである。
更に、図７に示すように４６は固定側中子４１を側面より押圧するための押圧ピンであり、その背面にはコイルバネ４７を介してスクリュープラグ４８が設置されている。これらは、全て固定側型板４０の側面より形成されたピン穴４６ａ、ボルト穴４８ａの中にそれぞれ埋設されるものであり、固定側中子４１の変位を検出するための渦電流式変位センサ４９と同一方向の固定側中子４１の側面長さＨ′、Ｈ” の中心軸Ｔ上に設置されている。
【００４４】
以上の構成の他は、実施の形態１と同様である。
続いて、上述した構成の作用について説明する。
図７を例にして示すと、固定側中子４１の金型開閉方向とは垂直方向の位置を調整する場合、クサビブロック４４を押し込むことにより、固定側中子４１は紙面上、左側にスライドする。その際、コイルバネ４７を背面に介した押圧ピン４６により、常に固定側中子４１には紙面上、右方向に付勢力が働いているため、クサビブロック４４が紙面上、上方ヘスライドすれば、自ずと固定側中子４１は紙面上、右側に戻っていく。尚、固定側中子４１はクサビブロック４４、４５と押圧ピン４６により常に挟まれている状態である。
【００４５】
更に、固定側中子４１が摺動時に回転挙動および傾きが発生した場合、クサビブロック４２、４３のどちらか一方のクサビブロックの押し込み量を調整して、微妙な回転挙動を調整する。また、固定側中子４１の回転挙動もしくは傾きの挙動は渦電流式変位センサ４９により常に検出され、アンプ７２を介してカウンタ７３に表示されているため、作業者はこの表示値を確認しながら固定側中子４１の最適位置を効率的に設定することができ、更に微妙な回転挙動をモニタリングすることができる。尚、クサビブロック４４、４５を用いて固定側中子４１の回転挙動の調整をしてもかまわない。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得られると共に、更に、固定側中子の微妙な回転挙動を調整し抑制することができる。また、更に、金型構造上の制約により固定側中子の重心を通り固定側中子の移動方向に平行な軸上にクサビブロックを設けられないような場合においても、他の箇所にクサビブロックを埋設させることができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態３を図８及び図９に基づいて説明する。
実施の形態３に関しては、上述の実施の形態１と異なる部分のみ記載する。図８は、実施の形態３における射出成形用金型装置の概要図である。図９は、実施の形態３の金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。
【００４８】
まず、実施の形態３に係る金型装置の構成について説明する。
図８に示すように、固定側型板５１、可動側型板５２にはそれぞれ固定側中子５３と可動側中子５４が埋設されており、更に固定側中子５３には固定側鏡面コア５５が埋設されており、前記固定側鏡面コア５５は球面形状である。更に可動側中子５４には２つの光学平面を有する可動側鏡面コア５６、５７が埋設されている。キャビティ５８は、１つの球面と２つの光学平面と２つの側面で構成されるプリズム形状をなすものである。尚、固定側型板５１と可動側型板５２の合わせ面５９を境に、本金型装置は開閉する。
【００４９】
更に、キャビティ５８には突き出しを行うためのオーバーフロー部６０が設けられ、突き出しピン６１、６２により、成形品を可動側鏡面コア５６、５７から離型させる。
更に、固定側鏡面コア５５は、ボルト６３により固定側中子５３の底面から固定されている。同様に可動側鏡面コア５６、５７も可動側型板５２の底面からボルト６４、６５により固定されている。突き出しピン６１、６２は突き出し板６６、６７に連結されている。
【００５０】
以上の構成の他は、実施の形態１と同様である。
尚、実施の形態３で示した固定側鏡面コア５５は、球面形状に限らず、非球面形状及びシリンドリカル形状もしくは、自由曲面形状であってもかまわない。更に、可動側鏡面コア５６、５７は光学平面に限らず、球面形状及び非球面形状もしくは、シリンドリカル形状または自由曲面形状であってもかまわない。
【００５１】
続いて、上述した構成の作用について説明する。
プリズム製品においても、それぞれの面間で偏心が発生する。その場合、所望の性能を満足することができないので、発明の実施の形態１と同様の作用で、このズレ量を補正するために図９に示すように、クサビブロック６８、６９、７０、７１を用いて調整を行う。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を得られると共に、更に、プリズム形状のような偏心精度が厳しい異形形状光学素子においての光軸位置調整が可能になる。
尚、上述した実施の形態１及び３において、クサビブロックを、単純に、固定側中子の側面の長手方向に対し略中央付近に配置するようにすることも可能である。
【００５３】
また、上述した実施の形態１乃至３において、固定側中子及び可動側中子の形状は、正方体あるいは直方体であることが望ましいが円柱体とすることも可能である。
また、上述した実施の形態１乃至３において、渦電流式変位センサは、固定側中子の固定側型板に対する相対位置を２方向に分解して検出するためには、少なくとも、固定側中子の一側面に対向する位置に１つ以上、その一側面に垂直な固定側中子の側面に対向する位置に１つ以上設けられていれば良く、或いは、それに加えて固定側中子の回転挙動を正確に把握するためには、少なくとも、固定側中子の一側面に対向する位置に２つ以上、その一側面に垂直な固定側中子の側面に対向する位置に１つ以上設けられていれば良い。
【００５４】
また、上述した実施の形態１乃至３において、渦電流式変位センサの代わりに、耐熱型であれば、接触式のリニアゲージ等その他の変位センサを適用することも可能である。
また、上述した実施の形態１乃至３において、クサビブロックの代わりに他の部材、例えば螺子等のような機械的に位置調整を行うことができる部材により固定側中子を押圧するように構成することも可能である。
【００５５】
また、上述した実施の形態１、３において、クサビブロックと固定側中子との面接触部分の長さは、固定側中子側面の長さの少なくとも１／８以上であれば良い。
また、上述した実施の形態１乃至３において、クサビブロックのテーパー面Ａとテーパー面Ｂの表面粗さＲａは、少なくとも１．６μｍ以下であれば良い。
【００５６】
また、上述した実施の形態１乃至３において、クサビブロックのテーパー角θは、少なくとも０．５°以上５°未満であれば良い。
また、上述した実施の形態１乃至３において、クサビブロックの、固定側中子と面接触する側面及び固定側型板と面接触する側面と、金型開閉方向に直交する平面とより得られる２つの交線のなす角度は、少なくとも５分以下であれば良い。
【００５７】
また、上述した実施の形態１乃至３において、位置調整対象となる中子を可動側中子とし、同様にして可動側中子の位置を調整するようにすることも可能である。或いは、位置調整対象となる中子を固定側中子及び可動側中子の両中子とし、同様にして固定側中子及び可動側中子の両中子の位置を調整するようにすることも可能である。
【００５８】
以上、本発明の金型装置等について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【００５９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る金型装置によれば、固定側と可動側に埋設されている中子の位置を変位センサによりリアルタイムに検出し、作業者が検出値に応じて、金型を成形機に取り付けた状態で中子位置を調整することができ、中子位置を最適な状態に調整することができる。
【００６０】
また、中子摺動時の回転挙動を変位センサにより確認することができ、かつ中子摺動時に回転挙動の発生を抑制することができ、中子を平行移動せしめ、多数取りの金型においても同時に光軸位置を調整することができる。
更に、本発明に係る金型装置を用いることにより、偏心精度の極めて良好な光学性能に優れた光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における射出成形用金型装置の概要図である。
【図２】実施の形態１における射出成形用金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。
【図３】実施の形態１における中子位置調整手段の概要図である。
【図４】（ａ） は実施の形態１における射出成形用金型装置のキャビティ付近の断面図、（ｂ） は実施の形態１における調整後の射出成形用金型装置のキャビティ付近の断面図である。
【図５】実施の形態１により回転挙動を抑制した場合の変位センサ出力値を示した図である。
【図６】実施の形態２における射出成形用金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。
【図７】実施の形態２における射出成形用金型装置のキャビティ付近の断面図である。
【図８】実施の形態３における射出成形用金型装置の概要図である。
【図９】実施の形態３における射出成形用金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。
【符号の説明】
１ 金型装置
２ 固定金型
３ 可動金型
４ 固定側型板
５ 可動側型板
６ 固定側中子
７ 可動側中子
８ 固定側鏡面コア
９ 可動側鏡面コア
１０ 合わせ面
１１ クリアランス
１２ スプルーブッシュ
１３ 固定側取付板
１４ クリアランス
１６、１７ ボルト
１８、１９ 突き出し板
２０ センサ固定部
２１ 渦電流式変位センサ
２２ プレート
２３ アンプ
２４ カウンタ
２５ 押圧ボルト
２６，２７，２８，２９ クサビブロック
３０ コイルバネ
３１ ボルト
３２ 可動側取付板
３３ ロケートリング
３４ スペーサー
３５ キャビティ
３６ ボルト
４０ 固定側型板
４１ 固定側中子
４２、４３、４４、４５ クサビブロック
４６ 押圧ピン
４６ａ ピン穴
４７ コイルバネ
４８ スクリュープラグ
４８ａ ボルト穴
４９ 渦電流式変位センサ
５１ 固定側型板
５２ 可動側型板
５３ 固定側中子
５４ 可動側中子
５５ 固定側鏡面コア
５６、５７ 可動側鏡面コア
５８ キャビティ
５９ 合わせ面
６０ オーバーフロー部
６１、６２ 突き出しピン
６３ ボルト
６４、６５ ボルト
６６、６７ 突き出し板
６８、６９、７０、７１ クサビブロック
７２ アンプ
７３ カウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学面の位置精度を向上させることにより極めて良好な光学性能を有する光学素子を提供することのできる金型装置、及びこれにより成形される光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非球面、球面、自由曲面等の光学機能面を備えたカメラ用あるいはヘッドマウントディスプレイ用等のレンズ、プリズムは熱可塑性材料を用いた射出成形等の技術を用いて製作することが一般的である。しかし、これらレンズ、プリズムの光学面形状やその位置関係を設計値どおりに再現するためには、該光学面を構成する金型のキャビティ面の形成や位置決めなどに非常に高度な機械加工や組み立て技術が要求される。特に、光線入射面および出射面以外に裏面反射面に自由曲面のような曲率を持たせた光学面を有する光学素子を成形加工する場合には、要求される技術は更に高度なものになることは必至である。
【０００３】
このような複数の光学面で構成された光学素子を成形する場合、各光学面毎に鏡面コアを設け、個々にそれぞれの光学面を転写させる手法が一般的である。従って、光学素子の偏心を寸法許容差内に抑えるためには、鏡面コアを組込む中子との嵌合代を極めて小さくしたり、鏡面コアを含む各金型部品の寸法精度を厳しくしたりする必要がある。それに対して、例えば特許文献１では、金型ベースと鏡面駒との間に金型ベースに対する鏡面駒の位置を調整するためのクサビもしくは調整用ボルトを設けることで鏡面駒の位置調整を可能にし、鏡面駒を高精度に組み付けることができるとしている。また特許文献１においては、鏡面コアの位置ズレを光軸測定装置により計測し、組み付けのズレ量を前記クサビもしくは調整用ボルトで調整することが可能であるとしている。
【０００４】
しかしながら、この方法では成形機に金型を取り付けた状態で鏡面コアの位置ズレを測定したり調整したりすることが困難である。また、特許文献１のクサビもしくは調整用ボルトで鏡面コアを押圧した場合、押圧した調整部材を支点に回転挙動が発生しやすく、また鏡面コアのズレ量を測定する光軸測定装置では回転挙動までは正確に測定することが出来ない。そのため、組み付け調整が難しくなる。
【０００５】
これらのような課題を解決する手段として、例えば特許文献２に記載の方法が提案されている。特許文献２では、位置調整機構をマイクロメータのスピンドルヘッドにすることで当接部材の微小な移動操作を容易にできるとしている。また、マイクロメータとクサビブロックを組み合わせた位置調整機構を用いることで、成形面を平行に移動させることができるとしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−７７７６３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３９５５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には次のような欠点がある。特許文献２に記載の方法では中子の中心に成形面の軸が無いような場合、例えば成形面が中子の片側に偏っている場合や多数取りの場合には、マイクロメータによる調整方法では回転挙動を精度良く抑制することが出来ないとともに、ガタが生じ易く、高精度な測定は不可能である。
【０００８】
本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みなされたもので、固定側と可動側の型板に埋設される中子の位置を変位センサにより検出し、その検出値に応じて中子位置調整手段により中子の位置を高精度に調整することのできる金型装置及びこれを用いて成形された偏心精度、光学性能に優れた光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、固定側型板と、可動側型板と、該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、を有し、前記中子位置調整手段は前記中子の重心を通り前記中子の移動方向に平行な軸上に配置されている、金型装置である。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、固定側型板と、可動側型板と、該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、を有し、前記中子位置調整手段は前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向に対し略中央位置に配置されている、金型装置である。
【００１１】
また、本発明の第３の態様は、複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、固定側型板と、可動側型板と、該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、を有し、前記中子位置調整手段は前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向中央に関して略対称的に複数配置されている、金型装置である。
【００１２】
上記の第１乃至第３の態様に係る構成によれば、固定側と可動側の型板に埋設される中子の位置を変位センサにより検出し、その検出値に応じて中子位置調整手段により中子の位置を高精度に調整することができる。
また、中子位置調整手段を、上記の第１の態様に係る構成のように中子の重心を通り前記中子の移動方向に平行な軸上に配置したことにより、又は上記の第２の態様に係る構成のように中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向に対し略中央位置に配置したことにより、又は上記の第３の態様に係る構成のように中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向中央に関して略対称的に複数配置したことにより、中子を平行移動せしめ中子の回転挙動を抑制することができる。また、上記の第２及び第３の態様に係る構成は、中子位置調整手段を、中子の重心を通り中子の移動方向に平行な軸上に配置することが困難な場合、例えば、中子の形状が複雑で中子の重心が割り出しにくい場合や、中子の重心を通り中子の移動方向に平行な軸上に別の部材がある場合等に、適用するのが好適である。
【００１３】
本発明の第４の態様は、上記第１乃至第３の何れか一つの態様において、前記中子位置調整手段と前記中子との面接触部分の長さは、前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長さの１／８以上である、構成である。
この構成によれば、中子の回転挙動の発生を、より抑制することができる。尚、本発明者による鋭意検討の結果から、中子位置調整手段と中子との面接触部分の長さが中子側面の長さの１／８未満であると中子摺動時の回転挙動は大きくなるので、その回転挙動を抑制するためには、その長さを中子側面の長さの１／８以上にすることが望ましく、好ましくは１／３以上にすることが望ましく、更に好ましくは１／２以上にすることが望ましいことが明らかになっている。
【００１４】
本発明の第５の態様は、上記第１乃至第４の何れか一つの態様において、前記中子位置調整手段はくさび状を呈したブロック部材である、構成である。
本発明の第６の態様は、前記ブロック部材の、前記ブロック部材と前記中子との面接触部分および前記ブロック部材と前記型板との面接触部分の表面粗さＲａはともに１．６μｍ以下である、構成である。
【００１５】
この構成によれば、中子の摺動をより円滑にすることができ、更には高精度に中子の位置を調整することができる。尚、本発明者による鋭意検討の結果から、その表面粗さＲａが１．６μｍを超えると、ブロック部材と中子、ブロック部材と型板間の摺動抵抗が大きくスムーズに動かなくなり、中子の摺動を円滑にすることができなくなるので、それを解決するためには、その表面粗さＲａを１．６μｍ以下にすることが望ましく、好ましくは０．０１〜１．６μｍにすることが望ましく、更に好ましくは０．０５〜０．２μｍにすることが望ましいことが明らかになっている。
【００１６】
本発明の第７の態様は、上記第５又は第６の態様において、前記くさび状を呈したブロック部材のテーパー角は、０．５°以上５°未満である、構成である。
この構成によれば、中子を高精度、高分解能で制御することができる。尚、本発明者による鋭意検討の結果から、そのテーパー角が０．５°未満では中子の移動量が小さすぎ、中子の移動量を適正にしようとすると金型装置が大型化し、また、５°以上では中子の位置制御の精度、分解能が低下するので、それを解決するためには、そのテーパー角θを０．５°以上５°未満にすることが望ましく、好ましくは０．５°〜３°にすることが望ましく、更に好ましくは１°〜２°にすることが望ましいことが明らかになっている。
【００１７】
本発明の第８の態様は、上記第５乃至第８の何れか一つの態様において、前記ブロック部材の、前記中子と面接触する側面及び前記型板と面接触する側面と、前記金型開閉方向に直交する平面とにより得られる２つの交線のなす角度が５分以下である、構成である。
【００１８】
この構成によれば、型板に埋設されている中子の初期傾きを抑制することができる。尚、本発明者による鋭意検討の結果から、その角度が５分を超えると中子の初期傾きが生じる虞があるので、それを解決するためには、その角度を５分以下にすることが望ましく、好ましくは２．５分以下にすることが望ましく、更に好ましくは１分以下にすることが望ましいことが明らかになっている。
【００１９】
本発明の第９の態様は、上記第１乃至第８の何れか一つの態様において、前記変位センサは、前記中子の側面に対向して２個以上、該側面に垂直な中子の側面に対向して１個以上設けられている、構成である。
この構成によれば、中子位置の摺動距離を正確に把握することができ、更には、中子摺動の回転挙動を把握することができる。
【００２０】
本発明の第１０の態様は、請求項１乃至９の何れか一つの態様において、前記変位センサは、渦電流式変位センサである、構成である。
本発明の第１１の態様は、上記第１乃至第１０の態様の何れか一つの態様に記載の金型装置により成形したことを特徴とする光学素子である。
【００２１】
上記の構成によれば、高い偏心精度と優れた光学性能を有する光学素子を提供することができ、この光学素子を用いることにより高い解像力の光学系を有する光学製品を提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態１を図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１における射出成形用金型装置（以下単に金型装置ともいう）の概要図である。図２は、実施の形態１の金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。図３は、実施の形態１における中子位置調整手段の概要図である。図４（ａ） は、実施の形態１における金型装置のキャビティ付近の断面図である。図４（ｂ） は、実施の形態１における調整後の金型装置のキャビティ付近の断面図である。図５は、実施の形態１により回転挙動を抑制した場合の変位センサ出力値を示した図である。
【００２３】
まず、実施の形態１に係る金型装置の構成について説明する。
図１に示すように、金型装置１は、固定金型２と可動金型３により構成されており、固定金型２の固定側型板４および可動金型３の可動側型板５には、それぞれ固定側中子６および可動側中子７が埋設されている。更に、固定側中子６および可動側中子７にはそれぞれ固定側鏡面コア８、可動側鏡面コア９が埋設されており、各鏡面コア８、９と各中子６、７とで光学素子としてのレンズを成形するキャビティ３５を形成している。尚、固定側型板６と可動側型板７の合わせ面１０を境に、金型装置１は開閉する。
【００２４】
更に、図１、図２に示すように固定側中子６は、固定側型板４とクリアランス１１を介して埋設されている。また、図１に示すように、スプルーブッシュ１２と固定側型板４および固定側取付板１３との間にもクリアランス１４が設けられている。
【００２５】
また、固定側中子６は、金型合わせ面１０側より挿通したボルト１５により、固定側型板４に複数箇所でスライド可能に固定されている。可動側中子７は可動側型板５の底面から挿通したボルト１６により可動側型板５に複数箇所で固定されている。尚、可動側中子７は、可動側型板５と金型合わせ面１０側より挿通したボルトで固定されても良い。
【００２６】
固定側鏡面コア８は、固定側中子６の底面から挿通したボルト１７により固定側中子６に固定されている。
可動側鏡面コア９は、キャビティ３５とは反対側の形状がフランジ形状となっており、突き出し板１８、１９に挟まれる形で連結されている。
【００２７】
また、図２に示すように固定側型板４には、固定側中子６の一側面（図２では上面）とこれに垂直な側面（図２では左面）に対向するようにそれぞれ２箇所づつセンサ固定部２０が形成され、各センサ固定部２０には耐熱型の非接触式の渦電流式変位センサ２１がその変位検出面２１ａと固定側中子６との距離を０．１〜０．５ｍｍとなるように位置決めされて配置されている。尚、この変位検出面２１ａと固定側中子６との距離０．１〜０．５ｍｍは、渦電流式変位センサ２１の変位検出レンジ内であることはもちろんである。渦電流式変位センサ２１の変位検出面２１ａが対向する固定側中子６の部分には、渦電流式変位センサ２１のインピーダンス出力を最も線形に保ち得る材質のプレート２２が埋設されている。これらの渦電流式変位センサ２１は、アンプ２３を介して出力表示を行うカウンタ２４に電気的に接続されている。
【００２８】
更に、固定側型板４には固定側中子６を側面より押圧するための押圧ボルト２５（図１参照）が、渦電流式変位センサ２１の設置面側に、それぞれ１箇所づつ埋設されている。この押圧ボルト２５は、通常成形時には固定側中子６の側面とは接触させていない。
【００２９】
更に、固定側中子６と固定側型板４との間には固定側中子６の対向する側面にそれぞれ１箇所づつクサビブロック２６、２７が埋設されており、これと垂直な側面にそれぞれ１箇所づつにクサビブロック２８、２９が埋設されている。クサビブロック２６、２７、２８、２９は、固定側中子６の重心Ｊを通り固定側中子６の移動方向に平行な軸（図２の点線）上に埋設されている。このクサビブロック２６、２７、２８、２９は、固定側中子６を金型開閉方向とは直交する方向に移動させその位置を調整するための中子位置調整手段として作用する。
【００３０】
更に、このクサビブロック２６、２７、２８、２９と固定側中子６との面当たりする長さＬは固定側中子６の側面長さＨに対して、Ｌ＞Ｈ／２である。尚、このクサビブロック２６、２７、２８、２９の長さＬは同じでなくても良い。
また、図３に示すように、このクサビブロック２６、２７、２８、２９のテーパー面Ａの表面粗さＲａは０．０５〜０．２μｍである。更に、テーパー面Ａと相対する面Ｂも同様に表面粗さＲａは０．０５〜０．２μｍで仕上げられている。
【００３１】
また、クサビブロック２６、２７、２８、２９のテーパー角θは２°で形成されており、金型合わせ面１０側から次第に厚みを減ずるように配設されている。またテーパー面Ａの相対する面Ｂは垂直面として形成されている。
また、クサビブロック２６、２７、２８、２９の、中子側面に面当たりする面Ａ及びそれに相対する面Ｂと、金型開閉方向に直交する平面とにより得られる２つの交線のなす角度は３５秒以下である。
【００３２】
更に、図４（ａ） に示すように、クサビブロック２６、２７、２８、２９は、コイルバネ３０を介してボルト３１により固定側型板４と連結されている。
尚、図１において、３２は可動側取付板であり、３３は図示せぬ成形機と位置決めするためのロケートリングである。３４は突き出し板１８、１９の可動エリアを確保するためのスペーサーである。
【００３３】
続いて、上述した構成の作用について説明する。
固定側型板４と可動側型板５にそれぞれ埋設される固定側中子６と可動側中子７の相対的位置関係は、もとより固定側鏡面コア８と可動側鏡面コア９に関しても、それぞれ埋設位置や加工誤差により、初期段階では、図４（ａ） に示すようにお互いに一定のズレ量を有している。この状態の金型装置１によりキャビティ３５に樹脂を充填し、冷却固化してレンズ部品を製作し、レンズ面間の偏心をあらかじめ計測し、その偏心量を求めておく。
【００３４】
次に、固定側型板４と可動側型板５の合わせ面１０を離間し、図４（ａ） に示す固定側中子６を固定するボルト１５を緩める。更に、図４（ａ） に示すスプルーブッシュ１２を固定させるボルト３６も緩める。次にクサビブロック２７のボルト３１を予め緩めておいて、クサビブロック２７を紙面上、上方にスライドしておく。そして、クサビブロック２６のボルト３１を締め付けていくとクサビブロック２６は紙面上、下方にスライドしていく。同時に固定側中子６はクサビブロック２６のテーパー面Ａの作用により、紙面上、左方向にスライドする。固定側鏡面コア８も固定側中子６に支持されながら同時に同方向にスライドしていく。固定側中子６の挙動は図２に示す渦電流式変位センサ２１により常に検出され、アンプ２３を介してカウンタ２４に表示されているため、作業者はこの表示値があらかじめ求めておいた偏心量だけ変化したことを確認しながら固定側中子６の最適位置を効率時に設定することができる。更にクサビブロック２６に相対するクサビブロック２７のボルト３１を押し込んで、固定側中子６を挟みこむことで、固定側中子６の位置を固定することができる。固定側中子６の位置調整後に図４（ａ） に示す固定ボルト１５を締め付けることで、固定側中子６を固定側型板４に完全に固定して調整作業が完了する。
【００３５】
また、仮に調整作業において、クサビブロック２６を動かしすぎて固定側中子６の位置が最適な位置を通り越した際には、クサビブロック２６のボルト３１を若干量だけ緩めてクサビブロックを紙面上、上方にスライドさせ、クサビブロック２７のボルト３１を締め付けて固定側中子６を、紙面上、右側にスライドさせ固定側中子６の位置を微調整することができる。クサビブロック２６、２７、２８、２９のそれぞれのボルト３１を使って押し込んだり、緩めたりすることで、固定側中子６の金型開閉方向とは垂直方向の位置を高精度に調整することができる。
【００３６】
本実施の形態においては、このクサビブロック２６、２７、２８、２９のテーパー面Ａの角度θを２°にすることでボルト３１の押し付け、緩めに対して高分解能な摺動が可能になり、高精度な位置調整が可能になる。更にクサビブロック２６、２７、２８、２９のテーパー面Ａと、テーパー面Ａと相対する面Ｂの表面粗さＲａを０．０５〜０．２μｍで仕上げることで、固定側中子６の摺動を円滑にすることができる。更に、クサビブロック２６、２７、２８、２９の、固定側中子６の側面に面当たりする面Ａ及びそれに相対する面Ｂと、金型開閉方向に直交する平面とにより得られる２つの交線のなす角度を３５秒以下にすることで、固定側型板４に埋設されている固定側中子６の初期傾きを抑制することができる。また、クサビブロック２６、２７、２８、２９と固定側中子６の側面との面当たりする長さＬをＨ／２以上の長さにすることで、ぐらつかず安定した固定側中子６の摺動を可能にすることができる。
【００３７】
ここで一例として、クサビブロック２６、２７、２８、２９の長さをＨ／８にした場合の渦電流式変位センサ２１の出力値を図５に示す。図５は、固定側中子６をクリアランス１１の範囲内で最大限に動かしたときの出力値である。図５では、固定側中子６の摺動時に２つの渦電流式変位センサ２１の出力値で開きが発生していないので、回転挙動が抑制され固定側中子６が平行に移動している様子を示している。尚、図５において、上部右及び上部左のセンサ出力とは、図２の紙面上、固定側中子６の上側右及び上側左に配置された２つの渦電流式変位センサ２１の出力を示している。
【００３８】
また、クサビブロック２６、２７、２８、２９を押し付け過ぎた際には、クサビブロック２６、２７、２８、２９と固定側中子６と齧りを発生させクサビブロック２６、２７、２８、２９が動かなくなることがある。その場合には、固定側型板４に設置されている固定側中子６の側面を押圧する押圧ボルト２５を強く押し込み、固定側中子６の位置を微小距離分だけ動かすことでクサビブロック２６、２７、２８、２９と固定側中子６に微小な隙間を発生させ、クサビブロック２６、２７、２８、２９の齧りを解消し摺動可能にさせることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態１によれば、金型装置を成形機に取り付けた状態であっても、金型固定側と可動側の相対的な位置ズレを作業者がリアルタイムに確認しながら最適な状態に調整することができる。また、固定側中子の摺動時の回転および平行移動の挙動を渦電流式変位センサで確認することができ、更に、実施の形態１の金型装置により、固定側中子の回転挙動を抑制し、高精度に平行移動せしめることができるので、多数個取りにおいても高精度に中子位置を調整することができる。
【００４０】
更に、レンズの偏心量に応じて金型の修正加工や組み直しを行う従来の手法に比べて、極めて迅速かつ正確に偏心量が小さく光学性能に優れた光学素子を提供することができる。
次に、本発明の実施の形態２を図６及び図７に基づいて説明する。
【００４１】
実施の形態２に関しては、上述の実施の形態１と異なる部分のみ記載する。図６は、実施の形態２における射出成形用金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。図７は、実施の形態２における金型装置のキャビティ付近の断面図である。
【００４２】
まず、実施の形態２に係る金型装置の構成について説明する。
図６に示すように、固定側中子４１と固定側型板４０との間の一側面に２箇所、クサビブロック４２、４３が埋設されており、かつクサビブロック４２、４３は固定側中子４１の側面長さＨ′の中心軸Ｔを基準に対称な位置に埋設されている。更に、これと垂直方向の図６の紙面上の右側の側面に２箇所クサビブロック４４、４５が埋設されており、かつクサビブロック４４、４５は固定側中子４１の側面長さＨ” の中心軸Ｔを基準に対称な位置に埋設されている。このクサビブロック４２、４３、４４、４５は固定側中子４１の金型開閉方向とは垂直方向の位置を調整するための中子位置調整手段である。また、このクサビブロック４２、４３、４４、４５と固定側中子４１との面当たりする長さＬは固定側中子４１の側面長さＨ′もしくはＨ” に対して、それぞれ１／８以上で構成されている。このクサビブロック４２と４３の長さＬ′は同等の長さであり、クサビブロック４４、４５の長さＬ” は同等の長さである。
【００４３】
また、５０は、固定側中子４１と固定側型板４０との間に設けられたクリアランスである。
更に、図７に示すように４６は固定側中子４１を側面より押圧するための押圧ピンであり、その背面にはコイルバネ４７を介してスクリュープラグ４８が設置されている。これらは、全て固定側型板４０の側面より形成されたピン穴４６ａ、ボルト穴４８ａの中にそれぞれ埋設されるものであり、固定側中子４１の変位を検出するための渦電流式変位センサ４９と同一方向の固定側中子４１の側面長さＨ′、Ｈ” の中心軸Ｔ上に設置されている。
【００４４】
以上の構成の他は、実施の形態１と同様である。
続いて、上述した構成の作用について説明する。
図７を例にして示すと、固定側中子４１の金型開閉方向とは垂直方向の位置を調整する場合、クサビブロック４４を押し込むことにより、固定側中子４１は紙面上、左側にスライドする。その際、コイルバネ４７を背面に介した押圧ピン４６により、常に固定側中子４１には紙面上、右方向に付勢力が働いているため、クサビブロック４４が紙面上、上方ヘスライドすれば、自ずと固定側中子４１は紙面上、右側に戻っていく。尚、固定側中子４１はクサビブロック４４、４５と押圧ピン４６により常に挟まれている状態である。
【００４５】
更に、固定側中子４１が摺動時に回転挙動および傾きが発生した場合、クサビブロック４２、４３のどちらか一方のクサビブロックの押し込み量を調整して、微妙な回転挙動を調整する。また、固定側中子４１の回転挙動もしくは傾きの挙動は渦電流式変位センサ４９により常に検出され、アンプ７２を介してカウンタ７３に表示されているため、作業者はこの表示値を確認しながら固定側中子４１の最適位置を効率的に設定することができ、更に微妙な回転挙動をモニタリングすることができる。尚、クサビブロック４４、４５を用いて固定側中子４１の回転挙動の調整をしてもかまわない。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得られると共に、更に、固定側中子の微妙な回転挙動を調整し抑制することができる。また、更に、金型構造上の制約により固定側中子の重心を通り固定側中子の移動方向に平行な軸上にクサビブロックを設けられないような場合においても、他の箇所にクサビブロックを埋設させることができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態３を図８及び図９に基づいて説明する。
実施の形態３に関しては、上述の実施の形態１と異なる部分のみ記載する。図８は、実施の形態３における射出成形用金型装置の概要図である。図９は、実施の形態３の金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。
【００４８】
まず、実施の形態３に係る金型装置の構成について説明する。
図８に示すように、固定側型板５１、可動側型板５２にはそれぞれ固定側中子５３と可動側中子５４が埋設されており、更に固定側中子５３には固定側鏡面コア５５が埋設されており、前記固定側鏡面コア５５は球面形状である。更に可動側中子５４には２つの光学平面を有する可動側鏡面コア５６、５７が埋設されている。キャビティ５８は、１つの球面と２つの光学平面と２つの側面で構成されるプリズム形状をなすものである。尚、固定側型板５１と可動側型板５２の合わせ面５９を境に、本金型装置は開閉する。
【００４９】
更に、キャビティ５８には突き出しを行うためのオーバーフロー部６０が設けられ、突き出しピン６１、６２により、成形品を可動側鏡面コア５６、５７から離型させる。
更に、固定側鏡面コア５５は、ボルト６３により固定側中子５３の底面から固定されている。同様に可動側鏡面コア５６、５７も可動側型板５２の底面からボルト６４、６５により固定されている。突き出しピン６１、６２は突き出し板６６、６７に連結されている。
【００５０】
以上の構成の他は、実施の形態１と同様である。
尚、実施の形態３で示した固定側鏡面コア５５は、球面形状に限らず、非球面形状及びシリンドリカル形状もしくは、自由曲面形状であってもかまわない。更に、可動側鏡面コア５６、５７は光学平面に限らず、球面形状及び非球面形状もしくは、シリンドリカル形状または自由曲面形状であってもかまわない。
【００５１】
続いて、上述した構成の作用について説明する。
プリズム製品においても、それぞれの面間で偏心が発生する。その場合、所望の性能を満足することができないので、発明の実施の形態１と同様の作用で、このズレ量を補正するために図９に示すように、クサビブロック６８、６９、７０、７１を用いて調整を行う。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を得られると共に、更に、プリズム形状のような偏心精度が厳しい異形形状光学素子においての光軸位置調整が可能になる。
尚、上述した実施の形態１及び３において、クサビブロックを、単純に、固定側中子の側面の長手方向に対し略中央付近に配置するようにすることも可能である。
【００５３】
また、上述した実施の形態１乃至３において、固定側中子及び可動側中子の形状は、正方体あるいは直方体であることが望ましいが円柱体とすることも可能である。
また、上述した実施の形態１乃至３において、渦電流式変位センサは、固定側中子の固定側型板に対する相対位置を２方向に分解して検出するためには、少なくとも、固定側中子の一側面に対向する位置に１つ以上、その一側面に垂直な固定側中子の側面に対向する位置に１つ以上設けられていれば良く、或いは、それに加えて固定側中子の回転挙動を正確に把握するためには、少なくとも、固定側中子の一側面に対向する位置に２つ以上、その一側面に垂直な固定側中子の側面に対向する位置に１つ以上設けられていれば良い。
【００５４】
また、上述した実施の形態１乃至３において、渦電流式変位センサの代わりに、耐熱型であれば、接触式のリニアゲージ等その他の変位センサを適用することも可能である。
また、上述した実施の形態１乃至３において、クサビブロックの代わりに他の部材、例えば螺子等のような機械的に位置調整を行うことができる部材により固定側中子を押圧するように構成することも可能である。
【００５５】
また、上述した実施の形態１、３において、クサビブロックと固定側中子との面接触部分の長さは、固定側中子側面の長さの少なくとも１／８以上であれば良い。
また、上述した実施の形態１乃至３において、クサビブロックのテーパー面Ａとテーパー面Ｂの表面粗さＲａは、少なくとも１．６μｍ以下であれば良い。
【００５６】
また、上述した実施の形態１乃至３において、クサビブロックのテーパー角θは、少なくとも０．５°以上５°未満であれば良い。
また、上述した実施の形態１乃至３において、クサビブロックの、固定側中子と面接触する側面及び固定側型板と面接触する側面と、金型開閉方向に直交する平面とより得られる２つの交線のなす角度は、少なくとも５分以下であれば良い。
【００５７】
また、上述した実施の形態１乃至３において、位置調整対象となる中子を可動側中子とし、同様にして可動側中子の位置を調整するようにすることも可能である。或いは、位置調整対象となる中子を固定側中子及び可動側中子の両中子とし、同様にして固定側中子及び可動側中子の両中子の位置を調整するようにすることも可能である。
【００５８】
以上、本発明の金型装置等について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【００５９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る金型装置によれば、固定側と可動側に埋設されている中子の位置を変位センサによりリアルタイムに検出し、作業者が検出値に応じて、金型を成形機に取り付けた状態で中子位置を調整することができ、中子位置を最適な状態に調整することができる。
【００６０】
また、中子摺動時の回転挙動を変位センサにより確認することができ、かつ中子摺動時に回転挙動の発生を抑制することができ、中子を平行移動せしめ、多数取りの金型においても同時に光軸位置を調整することができる。
更に、本発明に係る金型装置を用いることにより、偏心精度の極めて良好な光学性能に優れた光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における射出成形用金型装置の概要図である。
【図２】実施の形態１における射出成形用金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。
【図３】実施の形態１における中子位置調整手段の概要図である。
【図４】（ａ） は実施の形態１における射出成形用金型装置のキャビティ付近の断面図、（ｂ） は実施の形態１における調整後の射出成形用金型装置のキャビティ付近の断面図である。
【図５】実施の形態１により回転挙動を抑制した場合の変位センサ出力値を示した図である。
【図６】実施の形態２における射出成形用金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。
【図７】実施の形態２における射出成形用金型装置のキャビティ付近の断面図である。
【図８】実施の形態３における射出成形用金型装置の概要図である。
【図９】実施の形態３における射出成形用金型装置の固定側型割面を可動側より見た場合の固定金型の概要図である。
【符号の説明】
１ 金型装置
２ 固定金型
３ 可動金型
４ 固定側型板
５ 可動側型板
６ 固定側中子
７ 可動側中子
８ 固定側鏡面コア
９ 可動側鏡面コア
１０ 合わせ面
１１ クリアランス
１２ スプルーブッシュ
１３ 固定側取付板
１４ クリアランス
１６、１７ ボルト
１８、１９ 突き出し板
２０ センサ固定部
２１ 渦電流式変位センサ
２２ プレート
２３ アンプ
２４ カウンタ
２５ 押圧ボルト
２６，２７，２８，２９ クサビブロック
３０ コイルバネ
３１ ボルト
３２ 可動側取付板
３３ ロケートリング
３４ スペーサー
３５ キャビティ
３６ ボルト
４０ 固定側型板
４１ 固定側中子
４２、４３、４４、４５ クサビブロック
４６ 押圧ピン
４６ａ ピン穴
４７ コイルバネ
４８ スクリュープラグ
４８ａ ボルト穴
４９ 渦電流式変位センサ
５１ 固定側型板
５２ 可動側型板
５３ 固定側中子
５４ 可動側中子
５５ 固定側鏡面コア
５６、５７ 可動側鏡面コア
５８ キャビティ
５９ 合わせ面
６０ オーバーフロー部
６１、６２ 突き出しピン
６３ ボルト
６４、６５ ボルト
６６、６７ 突き出し板
６８、６９、７０、７１ クサビブロック
７２ アンプ
７３ カウンタ
Claims (11)
- 複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、
固定側型板と、
可動側型板と、
該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、
該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、
金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、
を有し、
前記中子位置調整手段は前記中子の重心を通り前記中子の移動方向に平行な軸上に配置されている、
ことを特徴とする金型装置。 - 複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、
固定側型板と、
可動側型板と、
該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、
該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、
金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、
を有し、
前記中子位置調整手段は前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向に対し略中央位置に配置されている、
ことを特徴とする金型装置。 - 複数の光学面を有する光学素子を成形する金型装置において、
固定側型板と、
可動側型板と、
該両型板にそれぞれ埋設されているとともにその少なくとも一方が型板との間にクリアランスを有してなる中子と、
該中子の少なくとも一方の前記型板に対する相対位置を検出する変位センサと、
金型開閉方向に対し直交する方向に前記中子を移動可能とする中子位置調整手段と、
を有し、
前記中子位置調整手段は前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長手方向中央に関して略対称的に複数配置されている、
ことを特徴とする金型装置。 - 前記中子位置調整手段と前記中子との面接触部分の長さは、前記中子位置調整手段を設ける中子側面の長さの１／８以上である、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の金型装置。 - 前記中子位置調整手段はくさび状を呈したブロック部材である、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の金型装置。 - 前記ブロック部材の、前記ブロック部材と前記中子との面接触部分および前記ブロック部材と前記型板との面接触部分の表面粗さＲａはともに１．６μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項５記載の金型装置。 - 前記くさび状を呈したブロック部材のテーパー角は、０．５°以上５°未満である、
ことを特徴とする請求項５又は６記載の金型装置。 - 前記ブロック部材の、前記中子と面接触する側面及び前記型板と面接触する側面と、前記金型開閉方向に直交する平面とにより得られる２つの交線のなす角度が５分以下である、
ことを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項記載の金型装置。 - 前記変位センサは、前記中子の側面に対向して２個以上、該側面に垂直な中子の側面に対向して１個以上設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の金型装置。 - 前記変位センサは、渦電流式変位センサである、
ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項記載の金型装置。 - 請求項１乃至１０の何れか一項記載の金型装置により成形したことを特徴とする光学素子。
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