JP2005272180A

JP2005272180A - プレス成形装置

Info

Publication number: JP2005272180A
Application number: JP2004085239A
Authority: JP
Inventors: Kosei Matsumoto; 鋼清松本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】光学素子をプレス成形する場合の、厚み方向の型の倒れを防止する。
【解決手段】ガラス素材を加熱軟化させ、プレスして成形加工を行なうためのプレス成形装置であって、ガラス素材をプレスする互いに対向した第１及び第２の型２ａ，２ｂと、第１及び第２の型をそれぞれ保持する第１及び第２の胴型３ａ，３ｂと、第１及び第２の胴型の一方の少なくとも３箇所に配置され、他方の胴型に接触することにより、第１及び第２の胴型の相対的な傾きを規制する傾き規制部材４とを具備し、傾き規制部材が、ガラス素材の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料から形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は例えばカメラ・ビデオ用レンズ、画像形成装置用の光学走査用レンズ、プリズム等の光学素子を製造する技術に関するものである。

研磨工程を必要としないでガラス素材のプレス成形によりレンズを製造する技術は、従来の製造において必要とされた複雑な工程を無くし、簡単にかつ安価にレンズを製造することを可能にした。特に、最近は、非球面レンズなどの光学素子のみならず、プリズム、その他の、種々の光学素子の製造にもプレス成形法が採用されるようになってきた。

このようなプレス成形方法では、一般に成形用の上型部材と下型部材を用い、この型内にガラス素材を挿入し、型部材の酸化防止のために雰囲気を非酸化性雰囲気、例えば窒素雰囲気として、成形に適した所定温度、すなわち成形用素材粘度がｌｏｇη＝８〜１２となるまで加熱して、所定圧力でプレス成形を行い、成形用型の成形面の形状を成形用ガラス素材の表面に転写する。そして型と成形済みガラス光学素子をガラス素材の転移温度に十分近い温度まで冷却し、その後プレス圧力を除去し成形用型を開いて成形済みガラス光学素子を取り出す。

このような工程で光学素子を成形する際、成形される光学素子の上下面の中心を一致させるには、成形用型の精度と共に上下一対の型の芯出し精度が非常に重要となる。従来、型の芯出しには、ピンと穴を型の対向する位置に設けたものが採用されていたが、ピンと穴による方法では穴の加工精度を高精度に仕上げることが非常に困難となる。またこの方法ではピンと穴とのクリアランスを小さくすることによって型の芯出し精度は向上するが、クリアランスを小さくすることによる弊害として、成形時にピンと穴のカジリが発生し、成形が出来なくなる恐れがあった。
特開平４−１５４６３６号公報

また、最近ではこのような工程で成形される光学素子の中には、光軸非対称な光学素子形状のものもある。例えば、図１に示すような光学レンズ等である。このレンズは全体形状が矩形であり、光の入射側の面１ａと、出射側の面１ｂに、それぞれ複数の自由曲面１ｃ，１ｄ，１ｅ，…を有する形状を成している。例えば、図１に示す成形品レンズでは、光の入射方向、光の反射方向、及び光の出射方向の相互の各面位置関係を厳密に規定する必要がある。また、各光軸１Ｎ，１Ｍの倒れの規制も必要になる。

このような問題を解決するために、特開平４−１５４６３６号公報（特許文献１）に示されているように、相対する端面の一方の端面上に設けられた凸部と他方の端面に設けられた凹部とを有する位置決め方法が提案されている。この方式は、上型胴型と下型胴型の端面それぞれの平面を精度良く仕上げれば、光学素子の厚み方向の傾きは問題なくなる。

しかしながら、ガラス材料の加熱軟化後の第一回目プレスの際に、間にある成形光学素子の厚み寸法形状を規定したのちに、冷却工程中に面精度の悪化を防止するために第２回目のプレスを行う場合には、凸部と凹部のクリアランスによっては、光学素子の厚み方向に倒れが発生することがあった。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学素子をプレス成形する場合の、厚み方向の型の倒れを防止することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるプレス成形装置は、ガラス素材を加熱軟化させ、プレスして成形加工を行なうためのプレス成形装置であって、前記ガラス素材をプレスする互いに対向した第１及び第２の型と、前記第１及び第２の型をそれぞれ保持する第１及び第２の胴型と、前記第１及び第２の胴型の一方の少なくとも３箇所に配置され、他方の胴型に接触することにより、前記第１及び第２の胴型の相対的な傾きを規制する傾き規制部材とを具備し、前記傾き規制部材が、前記ガラス素材の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料から形成されていることを特徴とする。

また、この発明に係わるプレス成形装置において、前記第１及び第２の胴型の相対距離を規制し、前記ガラス素材をプレスして成形される成形品の厚み寸法を規定する厚み規定部材をさらに具備することを特徴とする。

また、この発明に係わるプレス成形装置において、前記傾き規制部材が前記第１及び第２の型の外側の位置に設けられていることを特徴とする。

また、この発明に係わるプレス成形装置において、前記第１及び第２の胴型の一方に設けられたガイドピンと、前記第１及び第２の胴型の他方に設けられたガイド穴の嵌合により、前記第１及び第２の胴型のプレス方向と直交する方向の相対位置が規制されることを特徴とする。

本発明によれば、光学素子をプレス成形する場合の、厚み方向の型の倒れを防止することが可能となる。

以下、本発明の好適な一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係わる成形用型の断面図及び下型組平面図である。

図２において、２ａ，２ｂは、光軸非対称で全体形状が矩形である光学素子を成形するための下型及び上型であり、母材は超硬合金（熱膨張係数５．５×１０^-6[／℃]）で出来ている。また、３ａ，３ｂは下型２ａ、上型２ｂを保持するための下胴型及び上胴型であり、上下型２ｂ，２ａと同じ材料である。

４は、上下型２ｂ，２ａによって成形される成形品の光学的基準位置を保持するための倒れ規制部材であり、本実施形態では耐熱性合金INCONEL（熱膨張係数１４．６×１０^-6[／℃]）からなる。

５は、上下型２ｂ，２ａにて成形される成型品の厚み寸法形状を規定する厚み規定部材で、上下型２ｂ，２ａと同じ超硬合金からなる。

６，７は上胴型３ｂと下胴型３ａを位置決めするためのガイドピンとガイド穴で、上下型２ｂ，２ａと同じ超硬合金でできており、嵌合クリアランスは２μmに加工されている。

次に成形プロセスを、図２乃至図６を用いて説明する。

まず、図２の下型２ａ上に不図示のガラスブランク（熱膨張係数１３×１０^-6[／℃]）を投入し、上下型２ｂ，２ａとガラスブランクを不図示の加熱源によりガラスがｌｏｇη＝８〜１２となる温度、本実施形態では４２０℃まで加熱する。この状態で、図３のように、上型２ｂ、上胴型３ｂ、厚み規定部材５，ガイドピン６を含む上型組を下降させ、厚み規定部材５が下ダイプレート１０に突き当たるまで所望圧力でプレス成形する。

その後、ガラス転移点Ｔｇ＋３０℃〜＋５℃の温度、本実施形態では３８５℃までガラス成形品を冷却し、図４に示すように下胴型３ａ、下型２ａを含む下型組を上昇させ、所望圧力で下軸プレスを行う。すると、ガイドピン６とガイド穴７の嵌合クリアランスによって下軸プレス開始直後には、図４のようにレンズの厚み方向に倒れが発生することがある。

しかし、その後下軸プレスを継続していくと、厚み方向に倒れが発生していた場合は、４つの倒れ規制部材４のうちのある１部材がその他の倒れ規制部材より早く上胴型３ｂと接触する。そしてさらにその後、下軸プレスを継続するとそれまでのレンズの厚み方向への倒れが是正され、本実施形態ではガラス転移点である３８０℃付近で、図５に示す様に４つの倒れ規制部材４の全てが上胴型３ｂと接触し、事実上光学素子の光学的基準位置、特に傾きはゼロになる。

ここで、もし倒れ規制部材４の材質が上下型２ｂ，２ａと同じ超硬合金（熱膨張係数５．５×１０^-6[／℃]）であったとすると、倒れ規制部材４が上胴型３ｂに接触後、冷却を進めていくとガラス収縮量が倒れ規制部材４の収縮量を上回り、上下型２ｂ，２ａと成形ガラスが強制的に離型される方向に力が働き、ワレ、カケの原因となる。そのため、この場合は倒れ規制部材４が上胴型３ｂと上下型開き温度まで接触しないようにプレス圧力などを制御しなければならない、
しかし、ここで倒れ規制部材４を本実施形態のINCONELとすると、ガラス転移点で倒れ規制部材４と上胴型が接触しても、その後冷却を進めると倒れ規制部材４がより収縮してガラスが強制的に離型される力は発生しない。

そして型開き温度である３５０℃に達したときに、図６に示す様に、倒れ規制部材４と上胴型３ｂのすき間が、上型２ｂと下型２ａの型開き直前に、倒れに換算して３０秒以内となっており、この型にて成形された光学素子成形品の倒れも最大３０秒以内におさまっている。

以上説明したように、上記の実施形態においては、成形用上型・下型を保持する上胴型・下胴型に相対するように配置された倒れ規制部材が、その収縮量が、それが配置された胴型に対向するもう一方の胴型に、冷却工程中に全て接触してから後の温度から、上下胴型を型開きする温度までの温度域で、ガラス素材の同様の温度域での収縮量より大きくなるような膨張係数と形状の関係を有する材料からなる。そして、上胴型と下胴型の間に、押圧時に成形光学素子の厚み寸法形状を規定する手段を設け、倒れ規制部材が、前記光学素子成形用型より外側の位置に３箇所以上設けられる。さらに、上胴型と下胴型の位置決めを行うガイドピンとガイド穴の嵌合クリアランスは２μｍ以内であり、冷却工程中の再押圧終了時において、前記成形光学素子の光学的基準位置を保持する倒れ規制部材と前記上胴型とのすき間は、前記上型と下型の型開き直前に倒れが３０秒以内となるように設定されている。これにより、成形された光学素子成形品の倒れも最大３０秒以内におさまるようになり、ガラスが強制的に引き剥がされるような応力も発生しないため、ワレ・カケも起こらず成形が完了する。

本発明の一実施形態において成形される光学素子の斜視図である。本発明の一実施形態に係わる成形型を示す断面図及び下型組平面図である。本発明の一実施形態における１回目プレス直後を示す断面図である。本発明の一実施形態における冷却工程中プレスの開始直後を示す断面図である。本発明の一実施形態における冷却工程中プレスの途中を示す断面図である。本発明の一実施形態における冷却工程中プレスの終了直前を示す断面図である。

符号の説明

１ａ〜１ｇ光学面
１Ｎ光路（入射側）
１Ｍ光路（出射側）
２ａ下型
２ｂb 上型
３ａ下胴型
３ｂ上胴型
４倒れ規制部材（４個）
５厚み規定部材
６ガイドピン
７ガイド穴

Claims

ガラス素材を加熱軟化させ、プレスして成形加工を行なうためのプレス成形装置であって、
前記ガラス素材をプレスする互いに対向した第１及び第２の型と、
前記第１及び第２の型をそれぞれ保持する第１及び第２の胴型と、
前記第１及び第２の胴型の一方の少なくとも３箇所に配置され、他方の胴型に接触することにより、前記第１及び第２の胴型の相対的な傾きを規制する傾き規制部材とを具備し、
前記傾き規制部材が、前記ガラス素材の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料から形成されていることを特徴とするプレス成形装置。
前記第１及び第２の胴型の相対距離を規制し、前記ガラス素材をプレスして成形される成形品の厚み寸法を規定する厚み規定部材をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。
前記傾き規制部材が前記第１及び第２の型の外側の位置に設けられ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。
前記第１及び第２の胴型の一方に設けられたガイドピンと、前記第１及び第２の胴型の他方に設けられたガイド穴の嵌合により、前記第１及び第２の胴型のプレス方向と直交する方向の相対位置が規制されることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。