JP2007176707A - 光学素子の成型金型及び成型方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成型金型の上型及び下型間のキャビティ内に光学素材を配置したときに、常にキャビティ内と成型金型の周囲雰囲気とを連通状態に保ち、キャビティ内のガスと周囲雰囲気のガスを流通可能とする光学素子の成型金型及び成型方法を提供する。
【解決手段】上下一対の金型（上型２１、下型２２）が円筒状の胴型２５内に摺動自在に嵌挿され、かつ前記金型２１，２２間にキャビティ２８が形成され、該キャビティ２８内に光学素材２９が配置され、前記胴型２５は同軸配置で相互に軸廻りに回転可能に嵌合する複数の胴型からなり、各胴型２３，２４の内側と外側を連通する連通孔２６，２７が形成された光学素子の成型金型２０において、前記複数の胴型２３，２４を相互に軸廻りに回転させたときに、任意の回転位置で複数の胴型２３，２４の連通孔２６．２７の少なくとも一部が相互に重なって、前記キャビティ２８と最外側の胴型２４の外側とを連通させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、胴型に嵌挿された上下の金型間のキャビティ内に成型すべき光学素材を配置し、これをプレス成型して光学素子を製造する光学素子の成型金型及び成型方法に関する。

従来の成型金型は、上下一対の金型が円筒状の胴型内に摺動自在に嵌挿され、かつ前記金型間にキャビティが形成され、このキャビティ内に光学素材を配置して、レンズ等の光学素子をプレス成型する。このような成型金型において、プレス時に前記上下の金型間のキャビティからガスを抜いて円滑に金型を摺動させるため、及び前記キャビティ内のガスを加熱炉内の非酸化性ガスに置換させるために、胴型に、その内側及び外側を連通する貫通孔あるいはガス抜き孔等の連通孔を設けている（特許文献１及び２参照）。

特許文献１及び２の金型は、１つの単筒状の胴型を用いてその胴型に連通孔を設けている。
一方、胴型を同軸配置で相互に軸廻りに回転可能に嵌合する複数の胴型で構成し、各胴型の内側と外側を連通する連通孔を形成した光学素子の成型金型が用いられている。

このように複数の胴型を用いた成型金型においては、前記特許文献１及び２の金型の連通孔を設けても、複数の胴型が軸廻りに相互に回転すると、それぞれの連通孔同士が位置ずれしてキャビティと最外側の胴型の外側が連通しなくなって、連通孔の機能が得られなくなる。

図６（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ従来の２個の胴型を用いた成型金型の縦断面図であり、図７は図６（Ｂ）の胴型の斜視図である。
図６に示すように、成型金型２０は、一対の上型２１及び下型２２と、これらの上型２１及び下型２２が上下に摺動可能に嵌挿される円筒状の胴型２５からなる。胴型２５は、相互に軸廻りに回転可能となるように二重筒状に同軸配置された内側胴型２３及び外側胴型２４の２個の胴型により構成される。上型２１及び下型２２間にキャビティ２８が形成される。このキャビティ２８内にプレス成型すべきガラス玉形状の光学素材２９が配置される。

内側胴型２３の円筒側壁部を貫通して１８０°対向した位置に連通孔２６が穿孔される。同様に外側胴型２４の円筒側壁部を貫通して１８０°対向した位置に連通孔２７が穿孔される。キャビティ２８は、これらの連通孔２６，２７を介して外側胴型２４の外側と連通する。

各胴型２３，２４は、ＳＵＳ等の耐熱性金属あるいは超硬合金により形成される。図６（Ｂ）において、外側胴型２４の軸方向寸法（高さ）は、内側胴型２３の軸方向寸法よりも若干高い。これは、上側からプレス機（図示しない）によりプレス成型したときに、上型２１を外側胴型２４の高さまで押圧することにより、成型品のバラつきをなくし寸法精度の向上を図るためである。したがって、（Ｂ）のような構成では、通常、内側胴型２３を硬度の大きい超硬合金で形成し、外側胴型２４をＳＵＳで形成する。

上記構成の成型金型２０を用いた場合、内側胴型２３と外側胴型２４の連通孔２６，２７同士の位置が一致していれば問題ないが、組立て時あるいは搬送中に内外の胴型２３，２４同士が軸廻りに回転して円周方向の位相がずれて、連通孔２６，２７同士が位置ずれすると、キャビティ２８と外側胴型２４の外側が連通しなくなる。このような状態になると、プレス時にキャビティ２８内のガスが抜けないため上型が円滑に摺動しなくなって成型動作に支障を来たし、また、キャビティ２８内のエア等を非酸化性ガスに置換できなくなって金型の酸化による劣化の原因となる。

すなわち、上下の金型の摺動が円滑でなくなると、光学素材を所望の厚みまで押し切れなかったり、成型品の転写性が悪くなって、光学素子の寸法精度が低下するとともに所望の光学的性能が得られなくなる。

また、ガラス素材を成型する場合は、金型及びキャビティ内のガラス素材は５００〜７００℃まで加熱される。このため、空気中で組立ててガラス素材を配置したキャビティ内のガス（空気）を非酸化性ガス（酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素やヘリウムなど）に置換できなくなり、高温環境下で成型すると、金型や金型保護膜の酸化が促進され、短期間で劣化し寿命が極端に短くなる。特に、レンズ光学面の形成に係る金型成型面は高精度な鏡面に仕上げられている。したがって、この成型面が酸化すると表面粗さが悪化し、レンズの透過率が悪化する。さらに金型表面あるいはガラス素材表面が空気中の酸素と反応して酸化物を形成し、プレス成型の際に酸化物同士が反応しあって強固に付着し、成型レンズが割れたり、成型後に金型から成型レンズが付着して剥れないといった弊害が生じる。このとき、付着したレンズを無理やり剥がすと、一部のガラスが金型に残留し、これを除去するためには、金型の鏡面を傷つけないように、アルミナ粉で慎重に研磨したり、フッ酸やフッ化アンモニウムなどの溶液でガラスを溶かす等の処理をしなければならない。

図８は、従来の胴型の横断面図である。
内側胴型２３及び外側胴型２４には、それぞれ４個の連通孔２６，２７が形成されている。内側及び外側の胴型２３，２４は、同心の二重円筒状に嵌め合わされ相互に軸廻りに回転可能である。（Ａ）の状態では、内側胴型２３の連通孔２６と外側胴型２４の連通孔２７の位置が一致してキャビティ２８と外側胴型２４の外側が連通する。この状態から外側胴型２４を内側胴型２３に対し、矢印Ａのように円周方向に回転すると、（Ｂ）の状態になる。この（Ｂ）の状態では、内側胴型２３の連通孔２６と外側胴型２４の連通孔２７の位置が全てずれて、キャビティ２８が胴型外部から遮断される。

図９（Ａ）〜（Ｅ）は、図８の従来の胴型の内側胴型２３と外側胴型２４の展開図を並べて、内側胴型２３を外側胴型２４に対し円周方向（矢印Ａ）に回転させて位相をずらしたときの状態を順番に示す図である。なお、内側胴型２３の展開図は２周分描いてある。

（Ａ）の状態では内側胴型２３の連通孔２６と外側胴型２４の連通孔２７の位置が一致している（図８（Ａ）と同じ状態）。この状態から外側胴型２４と内側胴型２３とを相互に矢印Ａのように円周方向に回転すると、（Ｂ）（Ｃ）のように連通孔２６，２７の位置がずれて一致しなくなる。さらに回転すると（Ｄ）のように再び連通孔２６，２７同士が一致する。このように内側胴型２３と外側胴型２４の相互回転により、連通孔２６，２７同士が一致する状態と一致しない状態が繰り返される。連通孔２６，２７同士の位相がずれて位置が一致しない状態ではキャビティ２８が遮断されてプレス成型時にキャビティ内のガス抜き及びガス置換ができない。

特開２００２−１１４５２９号公報 特公平３−６０７８０号公報

本発明は上記従来技術を考慮したものであって、多重円筒状に嵌合した複数の胴型に上下一対の上型及び下型を嵌挿し、上型及び下型間のキャビティ内に光学素材を配置したときに、胴型同士の軸廻りの回転による相対位置関係に関わらず、常にキャビティ内と成型金型の周囲雰囲気とを連通状態に保ち、キャビティ内のガスと周囲雰囲気のガスを流通可能とする光学素子の成型金型及び成型方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、上下一対の金型が円筒状の胴型内に摺動自在に嵌挿され、前記金型間にキャビティが形成され、該キャビティ内に光学素材が配置され、前記胴型は同軸配置で相互に軸廻りに回転可能に嵌合する複数の胴型からなり、各胴型の内側と外側を連通する連通孔が形成された光学素子の成型金型において、前記複数の胴型を相互に軸廻りに回転させたときに、任意の回転位置で複数の胴型の連通孔の少なくとも一部が相互に重なって、前記キャビティと最外側の胴型の外側とを連通させることを特徴とする光学素子の成型金型を提供する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記胴型は内側胴型及び外側胴型からなる二重筒形状であって、内側及び外側の各胴型の展開図を用いて連通孔部分を並べたときに、展開図の位相を相互に任意の位置にずらしたすべての状態で、内側胴型と外側胴型の連通孔部分の少なくとも一部が重なるように各胴型を形成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記複数の胴型のうち１つの胴型の少なくとも１つの連通孔の円周方向の長さは、他の胴型の連通孔の円周方向の長さより長いことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、前記連通孔は、各胴型に等間隔で２ⁿ個（ｎ＝１，２，３・・・）だけ設けられたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの成型金型を用いて光学素子を成型する光学素子の成型方法を提供する。

請求項１の発明によれば、複数の胴型に上下一対の上型及び下型を嵌挿し、上型及び下型間のキャビティ内に光学素材を配置したときに、胴型同士の軸廻りの回転による相対位置関係に関わらず、常にキャビティ内と成型金型の周囲雰囲気とを連通状態に保ち、キャビティ内のガスと周囲雰囲気のガスが流通可能となる。このため、プレス成型時に金型の摺動動作が円滑に行われ、かつキャビティ内のガスが確実に非酸化性ガスと置換される。その結果、成型された光学素子の厚み寸法精度の低下、転写不良、ガラス付着による品質低下などの問題が解消され歩留りの向上、金型耐久性向上による金型費の削減、金型保護膜耐久性向上による成膜費の削減、メンテナンス頻度減少による人件費削減などの効果が得られる。また、キャビティに対し常に連通孔が開口しているため、品質のバラつきを抑える効果が得られる。

上記請求項１において、連通孔の数が２ⁿで等ピッチで配置される場合、孔数の少ない方の胴型から孔数の多い方の胴型を観察すると、対称性によりどの連通孔観察しても常に同じ状態（孔有り又は孔無し）が観察される。つまり、孔数が少ない方の連通孔から常に孔数の多い方の連通孔が観察されればよい。

よって、孔数が少ない方の連通孔の周長Ｗ_Ｓが、孔数の多い方の連通孔が開いていない領域の周長π・Ｄ_ｋ／Ｎ_Ｌ−Ｗ_Ｌよりも大きければよい。すなわち、
Ｗ_Ｓ＞π・Ｄ_ｋ／Ｎ_Ｌ−Ｗ_Ｌ
である。

ここで、Ｗ_Ｌ：孔数が多い方の連通孔の円周方向の長さ
Ｗ_Ｓ：孔数が少ない方の連通孔の円周方向の長さ
Ｄ_k：隣接する胴型の境界となる円の直径
Ｎ_Ｌ：孔数が多い方の連通孔数
である。なお、孔数Ｎが同じ場合は、Ｎ＝Ｎ_Ｌ、かつ孔径が等しいとＷ_Ｌ＝Ｗ_Ｓである。

請求項２の発明によれば、内側と外側の胴型の展開図を作成して連通孔部分を並べて対比し、展開図同士を相互に１回転分だけ位相をずらした場合に、任意のすべての位置でいずれかの連通孔同士が連通するように各胴型を形成することにより、容易に連通孔の位置、数、サイズを決定して連通孔同士が確実に連通することを確認できる。

請求項３の発明によれば、相互に嵌め合わされる複数の胴型の１つの胴型の連通孔を長孔形状あるいは径の大きい丸孔形状としてこれと重なる他の胴型の連通孔より円周方向の長さを長くすることにより、胴型同士が軸廻りに回転したときに、容易に確実に複数の胴型の連通孔同士を常に連通した状態にすることができる。

請求項４の発明によれば、連通孔が等間隔で２ⁿ個形成されるため、連通孔が軸対称の位置に形成される。したがって、通常の光学レンズを成型する場合に容易に確実にレンズ形状やレンズ特性に軸対称性を持たせることができ、高品質で高特性の光学レンズが得られる。また、型設計も容易となる。

請求項５の発明によれば、本発明に係る成型金型を用いてプレス素材を成型することにより、高品質で高特性の光学素子を安定してバラつきなく製造することができ、歩留りの向上及びコスト低減が図られる。

図１は、本発明に係る成型金型の構成説明図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は胴型の斜視図である。

（Ａ）に示すように、成型金型２０は、一対の上型２１及び下型２２と、これらの上型２１及び下型２２が上下に摺動可能に嵌挿される円筒状の胴型２５からなる。胴型２５は、相互に軸廻りに回転可能となるように二重筒状に同軸配置された内側胴型２３及び外側胴型２４の２個の胴型２３，２４により構成される。上型２１及び下型２２間にキャビティ２８が形成される。このキャビティ２８内にプレス成型すべきガラス玉形状の光学素材２９が配置される。

（Ｂ）に示すように、同心の二重円筒状の内側胴型２３と外側胴型２４が嵌め合わされて胴型２５が形成される。内側胴型２３には、円周方向に沿って、複数の丸孔からなる連通孔２６が形成される。この連通孔２６は、等間隔で２ⁿ個（ｎ＝１，２，３・・・）だけ設けることが軸対称性の点で好ましい。

外側胴型２４には、内側胴型２３の連通孔２６と高さを揃えて、円周方向に沿った長孔形状の連通孔２７が形成される。外側胴型２４の連通孔２７の円周方向の長さを長くすることにより、内側胴型２３の連通孔２６と確実に連通させることができる。この連通孔２７についても、等間隔で２ⁿ個（ｎ＝１，２，３・・・）だけ設けることが軸対称性の点で好ましい（ただし限定されない）。なお、長孔形状に代えて、外側胴型２４の高さの範囲内で径の大きい丸孔としてもよい。また、内側胴型２３の連通孔２６を長孔形状としてもよい。

図２は、本発明に係る胴型２５の横断面図である。
この例では、内側胴型２３に４個の連通孔２６が形成され、外側胴型２４に３個の連通孔２７が形成される。（Ａ）（Ｂ）は、内側及び外側の胴型２３，２４を相互に円周方向（矢印Ａ）にずらせて位相を変えたときの状態を示す。本実施例では、内側胴型２３と外側胴型２４とを相互に軸廻りに回転させたとき、任意の回転位置でいずれかの連通孔２６，２７の少なくとも一部の位相が一致して連通孔同士が連通し、キャビティ２８と胴型外部とが連通する。なお、図において、Ｄ_kは隣接する胴型２３，２４の境界となる円の直径（内側胴型２３の外径と外側胴型２４の内径との平均値）であり、Ａは円周方向を示し、Ｄは連通孔２７を正面から見たときの内径（横方向の長さ）、Ｗは連通孔２７の円周方向に沿った長さを示す。

図３（Ａ）〜（Ｅ）は、図２の胴型２５の内側胴型２３と外側胴型２４の展開図を並べて内側胴型２３を外側胴型２４に対し円周方向（矢印Ａ）に回転させて位相をずらしたときの状態を順番に示す図である。なお、内側胴型２３の展開図は２周分描いてある。

（Ａ）の状態では内側胴型２３の連通孔２６と外側胴型２４の連通孔２７の位置が一部で一致している（図２（Ａ）と同じ状態）。この状態から外側胴型２４と内側胴型２３とを相互に矢印Ａのように円周方向に回転すると、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）の状態となる。これら（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）のいずれの状態においても、内側胴型２３の連通孔２６と外側胴型２４の連通孔２７の位置が一部で一致している。

図４は、本発明に係る胴型２５の別の実施例の横断面図である。
この例では、内側胴型２３に８個の連通孔２６が形成され、外側胴型２４に４個の連通孔２７が形成される。（Ａ）（Ｂ）は、内側及び外側の胴型２３，２４を相互に円周方向（矢印Ａ）にずらせて位相を変えたときの状態を示す。本実施例では、内側胴型２３と外側胴型２４とを相互に軸廻りに回転させたとき、任意の回転位置でいずれかの連通孔２６，２７の少なくとも一部の位相が一致して連通孔同士が連通し、キャビティ２８と胴型外部とが連通する。

図５（Ａ）〜（Ｅ）は、図４の胴型２５の内側胴型２３と外側胴型２４の展開図を並べて内側胴型２３を外側胴型２４に対し円周方向（矢印Ａ）に回転させて位相をずらしたときの状態を順番に示す図である。なお、内側胴型２３の展開図は２周分描いてある。

（Ａ）の状態では内側胴型２３の連通孔２６と外側胴型２４の連通孔２７の位置が一部で一致している（図４（Ａ）と同じ状態）。この状態から外側胴型２４と内側胴型２３とを相互に矢印Ａのように円周方向に回転すると、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）の状態となる。これら（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）のいずれの状態においても、内側胴型２３の連通孔２６と外側胴型２４の連通孔２７の位置が一部で一致している。

本発明は、二重円筒状の胴型内に上下金型を嵌め込んだ光学素子の成型金型に利用できる。

本発明の実施例に係る成型金型の構成説明図。 本発明の実施例に係る胴型の横断面図。 図２の胴型の展開図。 本発明の別の実施例に係る胴型の横断面図。 図４の胴型の展開図。 従来の胴型の断面図。 従来の胴型の斜視図。 従来の胴型の断面図。 図８の胴型の展開図。

符号の説明

２０：成型金型、２１：上型、２２：下型、２３：内側胴型、２４：外側胴型、２５：胴型、２６：連通孔、２７：連通孔、２８：キャビティ、２９：光学素材

Claims (5)

1. 上下一対の金型が円筒状の胴型内に摺動自在に嵌挿され、かつ前記金型間にキャビティが形成され、該キャビティ内に光学素材が配置され、前記胴型は同軸配置で相互に軸廻りに回転可能に嵌合する複数の胴型からなり、各胴型の内側と外側を連通する連通孔が形成された光学素子の成型金型において、
   前記複数の胴型を相互に軸廻りに回転させたときに、任意の回転位置で複数の胴型の連通孔の少なくとも一部が相互に重なって、前記キャビティと最外側の胴型の外側とを連通させることを特徴とする光学素子の成型金型。
2. 前記胴型は内側胴型及び外側胴型からなる二重筒形状であって、内側及び外側の各胴型の展開図を用いて連通孔部分を並べたときに、展開図の位相を相互に任意の位置にずらしたすべての状態で、内側胴型と外側胴型の連通孔部分の少なくとも一部が重なるように各胴型を形成した請求項１に記載の光学素子の成型金型。
3. 前記複数の胴型のうち１つの胴型の少なくとも１つの連通孔の円周方向の長さは、他の胴型の連通孔の円周方向の長さより長い請求項１又は２に記載の光学素子の成型金型。
4. 前記連通孔は、各胴型に等間隔で２ⁿ個（ｎ＝１，２，３・・・）だけ設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の成型金型。
5. 請求項１〜４のいずれかの成型金型を用いて光学素子を成型する光学素子の成型方法。
   

Images