JP2008094683A - 光学素子の製造方法、成形型ユニット、成形装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】変形スリーブ14の内部に下型11、上型12を、その成形面11a、成形面12aを、外周規制部材13を介して対向させて配置することで、キャビティC1を構成し、このキャビティC1に熱可塑性の成形素材15を装填して加熱/加圧して光学素子16に成形する工程において、成形時に、下型11、上型12、外周規制部材13を変形スリーブ14で拘束することで、成形面11a、成形面12a、変形スリーブ14の同心度を確保し、冷却による硬化時に変形スリーブ14による外周規制部材13の拘束を解除して、冷却中の光学素子16を自由に熱収縮させることにより、光学素子16における熱応力による歪み等に起因する、アス、コマ収差等の非対称性の誤差の発生を防止する。
【選択図】 図1
Description
これらの別部材としては、たとえば、組立時の基準面となる光学素子の側面形状を転写する円筒部材や、外周規制リングが挙げられる。また、インサートガラス成形レンズの場合には、レンズと一体に成形され組立時の基準となるインサート部品が挙げられる。
また、特許文献3では、上型および下型の各々に対向端がテーパ面を有する筒状の中間胴型を装着して、光学素子の外周部に把持部を形成することが行われている。
これを避けるため、成形面以外の部材を金型に対して完全に固定しない場合は、別部材の光軸に対する位置規制精度が低下してしまったり、成形中にインサート部材等の別部材が変形してしまう等の大きな技術的課題を生じる。
前記成形素材の冷却開始後に前記外周規制部材の前記成形型に対する位置の規制を少なくとも1回解除する光学素子の製造方法を提供する。
前記異径スリーブの前記異径孔の前記小径部に挿入される下型と、
前記異径スリーブの前記異径孔の大径部に挿入される上型と、
を含む成形型ユニットを提供する。
各々が、前記位置規制部材の内部で対向する成形面を備えた小径部と大径部を備え、前記小径部の径は前記位置規制部材の内径とほぼ等しく、前記大径部の外径は前記位置規制部材の外径とほぼ等しく設定された上型および下型と、
を備え、
前記位置規制部材は、前記上型と前記下型の間に実装される成形素材よりも熱膨張率が小さく、前記上型および前記下型は、前記位置規制部材よりも熱膨張率が小さい成形型ユニットを提供する。
前記上型と下型の間に実装された成形素材を挟圧する与圧手段と、
前記異径スリーブを、前記下型および前記上型に対して相対的に変位させる拘束力制御手段と、
を含む成形装置を提供する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態である光学素子の製造方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略断面図であり、図2A、図2B、および図3A、図3Bは、その作用の一例を示す略断面図、図4は、その作用の一例を示す線図である。
下ヒータープレート102の近傍には、拘束機構部106が配置されている。この拘束機構部106は、当該下ヒータープレート102と上ヒータープレート103に対向する方向に交差するように、水平に対向して配置された固定拘束部材106aと可動拘束部材106bを備えている。
成形ステージ101の側方には、ロード/アンロードステージ108が配置されており、下ヒータープレート102と上ヒータープレート103の間に対する成形型ユニット10の出し入れが行われる。
下型11と上型12は、変形スリーブ14の内部に上下方向に対向する姿勢で収容され、各々の対向面には、成形面11aおよび成形面12aがそれぞれ形成されている。
下型11と上型12の間には、ガラス素材等からなる成形素材15と、この成形素材15を取り囲む内周に成形面13aを備え、外径が下型11と等しい円環条の外周規制部材13が配置されている。上型12は、下型11よりも直径が僅かに小さく設定され、変形スリーブ14の縮閉変形による下型11および外周規制部材13の拘束時にも、変形スリーブ14の内部を上下動することが可能になっている。
そして、キャビティC1内の成形素材15の温度および加圧力が所定の成形温度よび成形圧力に達する直前の時刻t1で、可動拘束部材106bを固定拘束部材106aに接近させることで、両者の間に変形スリーブ14を挟圧することにより、図2Bのように変形スリーブ14はスリット14aが狭まるように縮閉し、外周規制部材13は直径の等しい下型11と同軸になるように位置決めされ、変位が拘束される(規制力変化113a)。
なお、時刻t3以降に、拘束機構部106によって変形スリーブ14を縮閉することで、外周規制部材13を下型11に再び拘束してもよい(規制力変化113c)。
なお、本実施の形態の場合には、光学素子16の外周部の外周規制部材13は取り外され、光学素子16の外周面16cが、組立時の基準面となる。
図5は、本発明の他の実施の形態である光学素子の製造方法を実施する成形装置200の構成の一例を示す略断面図、図6A、図6B、図6Cは、その作用の一例を工程順に例示した断面図、図7は、本実施の形態の成形装置200に供される成形素材と成形後の光学素子を示す説明図、図8は、本実施の形態の作用の一例を示す線図である。
第1ステージ部210〜第5ステージ部250は、基本的に同じ構成であり、第4ステージ部240のみ部分的に異なるため、第1ステージ部210の構成を説明し、他は、同一の符号を付して説明は省略する。
上下方向に対向する成形ステージ201およびプレスヘッド204の各々には、下ヒータープレート202、上ヒータープレート203が対向して配置されている。下ヒータープレート202および上ヒータープレート203は、図示しない温度制御機構によって所望の温度に加熱/冷却されるようになっている。
上下方向に対向する下ヒータープレート202と上ヒータープレート203の間には、後述のように成形型ユニット20が投入される。
異径スリーブ23の底面には、外周部に全周にわたって底面凸部23bが突設されている。この底面凸部23bの凸部高さh1は、異径スリーブ23に対する下型21の正規の挿入位置における当該下型21の下端部の突出高さと同一に設定されている。従って、下ヒータープレート202等の平坦面に異径スリーブ23および下型21が載置された状態では、下型21の内端部に設けられた成形面21aの外周部は、規制面23aと同一の高さの正規の成形位置となる。
こうして異径スリーブ23の規制面23aによる拘束力のない状態で冷却された光学素子26は、成形型ユニット20とともに次の第5ステージ部250に移動されてさらに冷却される。この時、光学素子26の光学機能面26aおよび光学機能面26bは収縮して下型21の成形面21aおよび上型22の成形面22aから離間しているため、上型22から作用する押圧荷重はコバ部26cにのみ作用する状態となる(規制力変化263c)。
これにより、上型22の成形面22bが、異径スリーブ23の段差部23cに当接することで、上型22の成形面22bと異径スリーブ23の規制面23aの間隔(すなわちコバ部26cの厚さ寸法)、及び上型22と異径スリーブ23との位置関係が一義的に決まる。
(実施の形態3)
図10は、本発明のさらに他の実施の形態である光学素子の製造方法を実施する成形装置200Aの構成の一例を示す断面図、図11Aおよび図11Bは、本実施の形態の成形装置200Aの作用の一例を示す断面図、図12は、本実施の形態の成形装置200Aで成形される光学素子の一例を示す断面図である。また、図13は、本実施の形態の作用の一例を示す線図である。
図11A等に例示されるように、本実施の形態の成形型ユニット30は、下型31、上型32、異径スリーブ33、外周規制部材34を備えている。
この外周規制部材34は、内径が異径スリーブ33の底面を貫通する下型31の外径にほぼ等しく、外径が、規制面33aの外径と等しくなっている。
上述のような成形型ユニット30を用いて成形を行う本実施の形態の成形装置200Aは、上述の成形装置200とほぼ同様の構成を呈するため、異なる構成部分を説明し、同様の部分には、同一の符号を付して重複した説明は割愛する。
また、第5ステージ部250の凹型下ヒータープレート206−2の凹溝206−2aの深さh32は、嵌合凹部34bの高さh30とほぼ等しい。
以下、本実施の形態の成形装置200Aの作用の一例について、図13等を参照して説明する。
本実施の形態の場合、第3ステージ部230で、図11Bのように異径スリーブ33の規制面33aと、上型32の成形面32bとの間で外周規制部材34とレンズ枠37が密着する状態まで成形素材35の変形が進行すると、上型32から作用する押圧荷重が、外周規制部材34およびレンズ枠37によって負担されるため、上型32から光学素子36の光学機能面36bに作用する光学機能面荷重変化274は漸減して零になり(光学機能面荷重変化274a)、逆に、外周規制部材34によってレンズ枠37を拘束する力を示す規制力変化273は、最大値(上型32よる押圧荷重)まで増加する(規制力変化273a)。
これにより、キャビティC3に充満した成形素材35(光学素子36)の内圧が確保され、下型31の成形面31a、および上型32の成形面32aが、光学素子36の光学機能面36aおよび光学機能面36bに精度良く転写される。
このとき、異径スリーブ33の底面凸部33bが、深さh31の凹溝206−1aに嵌合することにより、異径スリーブ33は、下型31に対して当該h31の分だけ相対的に下降し、規制面34aは外周規制部材34の下面から離間し、上下方向(光軸方向)のレンズ枠37の拘束は解除される(規制力変化273b)。
また、当該h31の値を調整することにより、外周規制部材34からレンズ枠37に作用する規制力を制御できる。
上述のように、凹溝206−2aの深さh32は、外周規制部材34の嵌合凹部34bの深さh30よりも大きいため、嵌合凹部34bに嵌合していたレンズ枠37は、当該嵌合凹部34bから完全に離脱し、レンズ枠37は、外周規制部材34から全く拘束されない状態となる。
図14は、本発明のさらに他の実施の形態である光学素子の製造方法を実施する成形装置の構成の一例を示す断面図であり、図15は、本実施の形態で用いられる成形型ユニットの構成の一例を示す断面図である。
本実施の形態の成形装置300は、成形ステージ301、下ヒータープレート302、上ヒータープレート303、プレスヘッド304、エアシリンダ305、ロード/アンロードステージ308、保温カバー309、を備えている。
プレスヘッド304は、エアシリンダ305によって駆動されることにより、下ヒータープレート302と上ヒータープレート303の間に挟持される成形型ユニット40を加圧する。
異径スリーブ43の内部において、下型41と異径上型42は、各々の成形面41aと成形面42aが対向して配置されている。
異径スリーブ43は、小径の下型41が貫通する小径の貫通孔と、大径の異径上型42が挿入される大径の貫通孔が同軸に設けられた異径孔を備えており、この異径孔の段差部が、異径上型42の規制面42bと対向する規制面43aとなっている。
レンズ枠47の高さは、当該レンズ枠47の上面に異径上型42の規制面42bが当接する位置で、成形面42aと成形面41aの外周部に光軸方向に所定の間隙が生じるように設定されている。この間隙から露出したレンズ枠47の内周面に成形素材45が密着することにより、後述のように、成形素材45から成形された光学素子46とレンズ枠47は一体となる。
これにより、光学素子46が温度低下によって硬化して収縮する際に、レンズ枠47によって拘束されることがなく、全体が均等に収縮できるため、レンズ枠47に拘束されつづけることに起因して、光学機能面46aと光学機能面46b、の中心が光軸からずれるような非対称性の誤差が防止され、光学素子46の成形精度が向上するとともに、割れ等の損傷の防止できる。
このレンズ枠47は、上述のように、光学機能面46aおよび光学機能面46bに対して高い同心度を有するので、レンズ枠47を基準とて光学素子46を所望の光学系に組み込む際の取付精度が向上する。
図19は、本発明のさらに他の実施の形態である光学素子の製造方法を実施する成形装置400の構成例を示す断面図である。図20は、本実施の形態で用いられる成形型ユニット50の構成の一例を示す断面図である。
この成形型ユニット50は、上述の実施の形態4の成形型ユニット40を上下に反転させた構成となっている。
そして、互いに対向する異径下型51の成形面51a、上型52の成形面52a、レンズ枠57の内周面によってキャビティC5が形成される。
以下、本実施の形態の作用の一例を説明する。
そして、プレスヘッド404によって上ヒータープレート403を上型52に押圧してキャビティC5の内部の成形素材55を変形させ、当該キャビティC4内に充填することで、異径下型51の成形面51a、上型52の成形面52aが、光学機能面56a、および光学機能面56bとして転写された光学素子56が成形される。
図22は、本発明のさらに他の実施の形態である光学素子の製造方法を実施する成形型ユニットの構成例を示す断面図である。
本実施の形態では、成形装置として、上述の実施の形態1の成形装置100を用いることができる。
異径下型61は、大径部と小径部が同軸に形成され、小径部の先端に成形面61aが形成されている。
この場合、膨張係数は、異径下型61(上型62)<位置規制部材63<成形素材65(たとえばガラス)、の関係となっている。
その後、硬化のための成形型ユニット60の冷却に移行すると、この冷却が進行するにつれて、膨張係数の大きい位置規制部材63は成形素材65よりも光軸方向(この場合、上下方向)へ大きく収縮し、位置規制部材63の規制が光軸方向について解除される。
11 下型
11a 成形面
12 上型
12a 成形面
13 外周規制部材
13a 成形面
14 変形スリーブ
14a スリット
15 成形素材
16 光学素子
16a 光学機能面
16b 光学機能面
16c 外周面
20 成形型ユニット
21 下型
21a 成形面
22 上型
22a 成形面
22b 成形面
23 異径スリーブ
23a 規制面
23b 底面凸部
23c 段差部
25 成形素材
26 光学素子
26a 光学機能面
26b 光学機能面
26c コバ部
30 成形型ユニット
31 下型
31a 成形面
32 上型
32a 成形面
32b 成形面
33 異径スリーブ
33a 規制面
33b 底面凸部
34 外周規制部材
34a 規制面
34b 嵌合凹部
35 成形素材
36 光学素子
36a 光学機能面
36b 光学機能面
37 レンズ枠
40 成形型ユニット
41 下型
41a 成形面
42 異径上型
42a 成形面
42b 規制面
43 異径スリーブ
43a 規制面
43b 底面凸部
45 成形素材
46 光学素子
46a 光学機能面
46b 光学機能面
47 レンズ枠
50 成形型ユニット
51 異径下型
51a 成形面
51b 規制面
52 上型
52a 成形面
53 異径スリーブ
53a 規制面
54 位置調整部材
54a 収納凹部
55 成形素材
56 光学素子
56a 光学機能面
56b 光学機能面
57 レンズ枠
60 成形型ユニット
61 異径下型
61a 成形面
61b 規制面
62 上型
62a 成形面
62b 規制面
63 位置規制部材
65 成形素材
66 光学素子
66a 光学機能面
66b 光学機能面
100 成形装置
101 成形ステージ
102 下ヒータープレート
103 上ヒータープレート
104 プレスヘッド
105 エアシリンダ
106 拘束機構部
106a 固定拘束部材
106b 可動拘束部材
107 保温カバー
108 ロード/アンロードステージ
111 温度変化
112 圧力変化
113 規制力変化
200 成形装置
200A 成形装置
201 成形ステージ
202 下ヒータープレート
203 上ヒータープレート
204 プレスヘッド
205 エアシリンダ
206 凹型下ヒータープレート
206a 凹溝
206−1 凹型下ヒータープレート
206−1a 凹溝
206−2 凹型下ヒータープレート
206−2a 凹溝
207 投入ステージ
208 取り出しステージ
209 保温カバー
210 第1ステージ部
220 第2ステージ部
230 第3ステージ部
240 第4ステージ部
250 第5ステージ部
261 温度変化
262 圧力変化
263 規制力変化
271 温度変化
272 圧力変化
273 規制力変化
273a 規制力変化
274 光学機能面荷重変化
281 温度変化
282 圧力変化
283 規制力変化
283a 規制力変化
283b 規制力変化
300 成形装置
301 成形ステージ
302 下ヒータープレート
302a 固定部
302b 可動部
303 上ヒータープレート
304 プレスヘッド
305 エアシリンダ
306 エアシリンダ
307 下ヒータープレート昇降ロッド
308 ロード/アンロードステージ
309 保温カバー
400 成形装置
401 成形ステージ
402 下ヒータープレート
403 上ヒータープレート
404 プレスヘッド
405 エアシリンダ
406 エアシリンダ
407 与圧プレート
407a 与圧ロッド
408 ロード/アンロードステージ
409 保温カバー
900 光学系
901 鏡筒
902 レンズ
C1 キャビティ
C2 キャビティ
C3 キャビティ
C4 キャビティ
C5 キャビティ
C6 キャビティ
Claims (25)
- 2つ以上の成形面を持つ成形型および前記成形面の一部あるいは外周形状の形成及び位置規制を行う少なくとも一つの外周規制部材により構成されたキャビティ内に配置された熱可塑性の成形素材を加熱および押圧して変形させた後に冷却して前記成形面から転写された光学機能面を有する光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、
前記成形素材の冷却開始後に前記外周規制部材の前記成形型に対する位置の規制を少なくとも1回解除することを特徴とする光学素子の製造方法。 - 請求項1記載の光学素子の製造方法において、前記冷却開始後とは、前記成型素材が前記キャビティ内で押圧変形中の最高到達温度よりも低い状態であり、且つ前記成形面から前記成形素材に荷重が作用している状態であることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項1記載の光学素子の製造方法において、前記キャビティ内における前記成形素材の押圧変形中に、前記外周規制部材の前記成形型に対する相対的な位置を規制する力、または前記相対的な位置の規制を解除する力を可変とすることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項1記載の光学素子の製造方法において、前記成形素材の押圧変形中は、前記外周規制部材の前記成形型に対する相対的な位置の規制を解除した時の自由度を制限することを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項4記載の光学素子の製造方法において、前記外周規制部材の前記自由度が、前記成形素材から成形される光学素子の光軸に対して平行な方向であることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項4記載の光学素子の製造方法において、前記外周規制部材の前記自由度が、前記成形素材から成形される前記光学素子の光軸に対して垂直な方向であることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項1記載の光学素子の製造方法において、前記光学素子が、前記光学機能面の外周部に、平坦部を伴う基準面を一体に備えた形状であることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項7記載の光学素子の製造方法において、前記光学素子の前記光学機能面の外周部に形成された前記平坦部が、当該光学素子の組み立て基準となることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項1記載の光学素子の製造方法において、前記光学素子が、前記光学機能面以外の部分で別部材と一体に成形、あるいは接続される構造を呈することを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項9記載の光学素子の製造方法において、前記別部材は、前記外周規制部材であることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項9または請求項10記載の光学素子の製造方法において、前記別部材が、前記光学素子の組み立て基準となる枠部材であることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の光学素子の製造方法において、前記光学素子は回転対称な光学機能面を備えていることを特徴とする光学素子の製造方法。
- 異径孔が貫通して形成され、前記異径孔の小径部側の外端面の外周部に突設された突起部を有する異径スリーブと、
前記異径スリーブの前記異径孔の前記小径部に挿入される下型と、
前記異径スリーブの前記異径孔の大径部に挿入される上型と、
を含むことを特徴とする成形型ユニット。 - 請求項13記載の成形型ユニットにおいて、
前記上型の外径は、前記異径スリーブの前記大径部とほぼ等しく設定され、
前記下型と前記上型の間に挟持される成形素材は、前記異径スリーブの前記異径孔の段差部と前記上型との間隙にはみ出して成形品と一体なコバ部を形成し、
前記異径スリーブの前記突起部の高さ分の前記下型と当該異径スリーブの軸方向の相対的な変位によって、前記コバ部の拘束および拘束解除が行われることを特徴とする成形型ユニット。 - 請求項13記載の成形型ユニットにおいて、
前記上型の外径は、対向する前記下型の外径とほぼ等しく設定され、
前記異径孔の段差部には、当該段差部に露出する前記下型と前記大径部との間に嵌合される外周規制部材が配置されることを特徴とする成形型ユニット。 - 請求項15記載の成形型ユニットにおいて、
前記外周規制部材には、前記下型を取り囲むように段差部が形成され、前記段差部に、前記上型と前記下型の間で成形される成形品と一体となる枠部材が嵌合されることを特徴とする成形型ユニット。 - 請求項15記載の成形型ユニットにおいて、
前記外周規制部材は、前記上型と前記下型の間で成形される成形品と一体となる枠部材であることを特徴とする成形型ユニット。 - 筒状の位置規制部材と、
各々が、前記位置規制部材の内部で対向する成形面を備えた小径部と大径部を備え、前記小径部の径は前記位置規制部材の内径とほぼ等しく、前記大径部の外径は前記位置規制部材の外径とほぼ等しく設定された上型および下型と、
を備え、
前記位置規制部材は、前記上型と前記下型の間に実装される成形素材よりも熱膨張率が小さく、前記上型および前記下型は、前記位置規制部材よりも熱膨張率が小さいことを特徴とする成形型ユニット。 - 異径孔が貫通して形成された異径スリーブの内部に上型と下型を対向して配置した構成の成形型ユニットを用いる成形装置であって、
前記上型と下型の間に実装された成形素材を挟圧する与圧手段と、
前記異径スリーブを、前記下型および前記上型に対して相対的に変位させる拘束力制御手段と、
を含むことを特徴とする成形装置。 - 請求項19記載の成形装置において、
前記拘束力制御手段は、前記成形型ユニットが載置されるステージ部に設けられ、前記下型および上型に対して、前記異径スリーブを独立に軸方向に変位させる昇降機構からなることを特徴とする成形装置。 - 請求項19記載の成形装置において、
前記成形型ユニットを加熱する昇温ステージと、加熱された前記成形型ユニットを挟圧する加圧ステージと、前記成形型ユニットを冷却する冷却ステージとを含み、
前記拘束力制御手段は、前記冷却ステージに刻設され、前記異径スリーブの底面が嵌合する凹溝であることを特徴とする成形装置。 - 請求項19記載の成形装置において、
前記上型の外径は、前記異径スリーブの大径部とほぼ等しく設定され、
前記下型と前記上型の間に挟持される成形素材は、前記異径スリーブの異径孔の段差部と前記上型との間隙にはみ出して成形品と一体なコバ部を形成し、
前記下型と前記異径スリーブの軸方向の相対的な変位によって、前記コバ部の拘束および拘束解除が行われることを特徴とする成形装置。 - 請求項19記載の成形装置において、
前記上型の外径は、対向する前記下型の外径とほぼ等しく設定され、
前記異径孔の段差部には、当該段差部に露出する前記下型と前記異径スリーブの大径部との間に嵌合される外周規制部材が配置されることを特徴とする成形装置。 - 請求項23記載の成形装置において、
前記外周規制部材には、前記下型を取り囲むように段差部が形成され、前記段差部に、前記上型と前記下型の間で成形される成形品と一体となる枠部材が嵌合されることを特徴とする成形装置。 - 請求項23記載の成形装置において、
前記外周規制部材は、前記上型と前記下型の間で成形される成形品と一体となる枠部材であることを特徴とする成形装置。
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