JP2008184367A - 成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹面形状を有する素子の成形不足を防ぐことができる成形装置を提供する。
【解決手段】凹型形状の成形面１１ａを有する第１型部材１１と、凸型形状の成形面１２ａを有し成形面１２ａが成形面１１ａと相対するように配置され、成形面１１ａの方向に移動可能な第２型部材１２と、第２型部材１２の外周に設けられ、第１型部材１１と相対する面を有し第２型部材１２と同方向に移動可能な外周部材１３と、第２型部材１２を移動させることにより、第１型部材１１の成形面１１ａと第２型部材１２の成形面１２ａとの間に配置された成形素材１７を成形する制御を行うとともに、外周部材１３を移動させ、外周部材１３の面１３ａを成形素材１７の周辺部分に押圧させる制御を行う制御部１８と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は非球面レンズ等の素子をプレス成形によって成形する成形装置に関する。

高精度非球面レンズや特殊形状光学素子の製造法として、研磨工程を必要とせずプレス成形により製造する方法が使われるようになっている。これにより、従来、光学素子製造で行われてきた複雑な工程は省かれ、同形状を多量かつ安価に製造することができるようになった。

このようなプレス成形を行う装置として、例えば、上下型部材によって構成された成型用型を備えた、光学素子のプレス成形装置（特許文献１参照）が知られている。

特開平９−２６８０１８号公報

プレス成形による光学素子の製造を行う場合、例えば、凸型形状の成形面（凸成形面）と凹型形状の成形面（凹成形面）との間のキャビティ内に軟化状態にある成形素材を搬入し、凸成形面を凹成形面に対して下降させて成形素材を加圧して成形する。この場合に、成形素材の凹面側（凸成形面によって成形される面側）で成形不足が発生することがあった。

これは、凸成形面によって軟化状態にある成形素材を加圧して成形素材を凸成形面に倣わせようと（沿わせようと）とする際、凸成形面全体が同時に成形素材に接触して均等に成形素材を加圧するわけではなく、凸成形面から成形素材の中央部分に加えられる圧力によって、この中央部分から一番離れた成形素材の外周縁部分が凸成形面側に曲げられて凸成形面に密着するように接触してしまい、中央部分と外周縁部分との間の、成形素材の中間部分が凸成形面に接触しないか、或いは接触しても殆ど密着しない状態が生じることが原因となっている。

特許文献１に記載の装置においては、光学素子の周辺部を押圧しているが、押圧される面の反対側の面が凹部であり、上記のような原因による成形不足を解決することができない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、成形不足を防ぐことができる成形装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、請求項１に係る発明は、凹型形状の成形面（１１ａ）を有する第１型部材（１１）と、凸型形状の成形面（１２ａ）を有し、前記凸型形状の成形面が前記凹型形状の成形面と相対するように配置され、前記凹型形状の成形面の方向に移動可能な第２型部材（１２）と、前記第２型部材の外周に設けられ、前記第１型部材と相対する面（１３ａ）を有し、前記第２型部材と同方向に移動可能な外周部材（１３）と、前記第２型部材を移動させることにより、前記第１型部材の前記凹型形状の成形面と前記第２型部材の前記凸型形状の成形面との間に配置された成形素材（１７）を成形する制御を行うとともに、前記外周部材を移動させ、前記外周部材の前記第１型部材と相対する面を前記成形素材の周辺部分に押圧させる制御を行う制御部（１８）とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、凸型形状の成形面（１２ａ）を有する第１型部材（１２）と、凹型形状の成形面（１１ａ）を有し、前記凹型形状の成形面が前記凸型形状の成形面と相対するように配置され、前記凸型形状の成形面の方向に移動可能な第２型部材（１１）と、前記第１型部材の外周に設けられ、前記第２型部材と相対する面（１３ａ）を有し、前記第２型部材と逆方向に移動可能な外周部材（１３）と、前記第２型部材を移動させることにより、前記第１型部材の前記凸型形状の成形面と前記第２型部材の前記凹型形状の成形面との間に配置された成形素材（１７）を成形する制御を行うとともに、前記外周部材を移動させ、前記外周部材の前記第２型部材と相対する面を前記成形素材の周辺部分に押圧させる制御を行う制御部（１８）とを備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、凹型形状の成形面（１１ａ）を有する第１型部材（１１）と、凸型形状の成形面（１２ａ）を有し、前記凸型形状の成形面が前記凹型形状の成形面と相対するように配置された第２型部材（１２）と、前記第１型部材の外周に設けられ、前記第２型部材と相対する面（１３ａ）を有する外周部材（１３）と、前記凹型形状の成形面と前記凸型形状の成形面を互いに近づける方向にそれぞれ移動させることにより、前記第１型部材の前記凹型形状の成形面と前記第２型部材の前記凸型形状の成形面との間に配置された成形素材（１７）を成形する制御を行うとともに、前記外周部材の前記第２型部材と相対する面を前記成形素材の周辺部分に押圧させる制御を行う制御部（１８）とを備えたことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、凹面形状を有する素子の成形不足を防ぐことができる。

図１は、本発明の第１の実施形態による成形装置の構成を示す図である。

図１において、下成形用金型１１は、基板１６に固定されており、基板１６と反対側の面には、凹型形状の成形面１１ａが形成されている。上成形用金型１２は、下成形用金型１１の成形面１１ａに相対するように形成された凸形状の成形面１２ａを有する。上成形用金型１２は、成形面１２ａと反対側の面でプレス軸１４に固定されている。プレス軸１４は上下方向に駆動可能であり、この駆動により、上成形用金型１２の成形面１２ａを下成形用金型１１の成形面１１ａに近づけたり遠ざけたりすることができる。

外周部材１３は、上成形用金型１２の外周を取り囲むように設けられており、下成形用金型１１側に平面１３ａを有している。外周部材１３は、平面１３ａと反対側の面で加圧部材１５に固定されている。加圧部材１５は、上下方向に駆動可能であり、この駆動により、平面１３ａを下成形用金型１１に近づけたり遠ざけたりすることができる。なお、図１は断面図であり、下成形用金型１１、上成形用金型１２、外周部材１３の外周の形状は円形である。

制御部１８は、プレス軸１４、加圧部材１５を駆動制御する。プレス軸１４と加圧部材１５は、互いに他方の動作に依存せずに独立して駆動することができる。光学成形素材１７は、成形されて作られるレンズの素材であり、例えばガラス素材が用いられ、高温に加熱されて軟化状態で下成形用金型１１の成形面１１ａと上成形用金型１２の成形面１２ａの間に搬入される。

以上のように構成された成形装置の動作を説明する。

所定の高温に加熱された光学成形素材１７を下成形用金型１１の成形面１１ａ上に供給する。このとき、制御部１８の制御により、上成形用金型１２と外周部材１３は、下成形用金型１１から遠ざけるように上方に移動させておく。さらに、下成形用金型１１、上成形用金型１２、外周部材１３は、成形条件に対応した温度に加熱しておく。そして、制御部１８は、プレス軸１４を駆動することにより、上成形用金型１２を下方向に移動させ、下成形用金型１１に近づける。そして、所定位置まで上成形用金型１２を移動させ、光学成形素材１７をプレスし、レンズ形状になるように成形する。

制御部１８は、このような上成形用金型１２の移動制御と並行して、外周部材１３の移動制御を行う。制御部１８は、加圧部材１５を駆動することにより、外周部材１３を下方向に移動させ、下成形用金型１１に近づける。そして、図１に示すように、外周部材１３の平面１３ａが、成形されつつある光学成形素材１７の端部の接触する位置まで移動させる。そして、上成形用金型１２によるプレス処理中に、外周部材１３を微動させ、平面１３ａが光学成形素材１７の端部を押圧するように制御する。

図２は、本実施形態の成形装置の動作を説明するための図である。図２（ａ）は、比較例による成形装置におけるプレス処理時の状態を示す図であり、図２（ｂ）は、本実施形態の成形装置におけるプレス処理時の状態を示す図である。図２（ａ）の比較例の装置においては、本実施形態のような外周部材１３は設けられていない。

まず、図２（ａ）の比較例の動作について説明する。図２（ａ）において、下成形用金型２１と上成形用金型２２との間に光学成形素子１７が入れられた状態で、上成形用金型２２を下方向に移動し、プレス成形が開始される。光学成形素子１７の中心部付近が上成形用金型２２の成形面２２ａによって押圧されると、光学成形素子１７の外周部が中心方向（図中矢印Ａで示される方向）に引き寄せられ、曲げられる。その結果、光学成形素子１７の外周部の先端部１７ａが上成形用金型２２の成形面２２ａに接触して、それ以上曲がらなくなる。そして、光学成形素子１７の先端部１７ａより中心側に、成形面２２ａと接触しない面（図中Ｂで示す部分）ができる。この部分が成形不足となる。

次に、図２（ｂ）の本実施形態の動作について説明する。図２（ｂ）において、下成形用金型１１と上成形用金型１２との間に光学成形素子１７が入れられた状態で、上成形用金型１２を下方向に移動し、プレス成形が開始される。このとき、外周部材１３も下方向に移動し、外周部材１３の平面１３ａが光学成形素子１７の外周部を押圧する。この状態で上成形用金型１２の成形面１２ａによって、光学成形素子１７の中心部付近が押圧されると、図２（ｂ）の場合と同様、光学成形素子１７の外周部が中心方向に引き寄せられるが、光学成形素子１７の外周部１７ｂが外周部材１３によって押圧されているため、光学成形素子１７が中心方向に曲がることはない。この状態で上成形用金型１２を下降させてプレス成形を行えば、成形面１２ａと光学成形素子１７との間に接触しない部分は生じない。したがって、図２（ａ）の比較例のような成形不足が発生することはない。

図３は、本発明の第２の実施形態による成形装置の構成を示す図である。

図３において、図１と同一符号を付した部材、部分は、図１と同一のものである。本実施形態においては、上成形用金型１２は、第１の実施形態（図１）と同様に、プレス軸１４により上下方向に駆動可能である。下成形用金型１１は、成形面１１ａと反対側の面でプレス軸１９に固定されている。プレス軸１９は上下方向に駆動可能であり、この駆動により、下成形用金型１１の成形面１１ａを上成形用金型１２の成形面１２ａに近づけたり遠ざけたりすることができる。外周部材１３は、不図示の胴型に固定されている。

制御部１８は、プレス軸１４、１９を駆動制御する。プレス軸１４、１９は、互いに他方の動作に依存せずに独立して駆動することができる。

以上のように構成された第２実施形態の成形装置について、その動作を説明する。

所定の高温に加熱された光学成形素材１７を下成形用金型１１の成形面１１ａ上に供給する。このとき、制御部１８の制御により、下成形用金型１１は、外周部材１３から遠ざけるように下方に移動させておく。また、上成形用金型１２は下成形用金型１１から遠ざけるように上方に移動させておく。さらに、下成形用金型１１、上成形用金型１２、外周部材１３は、成形条件に対応した温度に加熱しておく。そして、制御部１８は、プレス軸１９を駆動することにより、下成形用金型１１を上方向に移動させ、外周部材１３に近づける。それと並行して、制御部１８は、上成形用金型１２を下成形用金型１１に近づけるように下方に移動させる制御を行う。そして、所定位置まで上成形用金型１２を移動させ、下成形用金型１１を上方向に移動させることにより、光学成形素材１７をプレスし、レンズ形状になるように成形する。このとき、外周部材１３の平面１３ａが、成形されつつある光学成形素材１７の端部の接触するような位置に下成形用金型１１に移動させる。そして、下成形用金型１１と上成形用金型１２によるプレス処理中に、平面１３ａが光学成形素材１７の端部を押圧するように制御する。

以上のような制御を行うことにより、図２（ｂ）で説明した場合と同様に、成形不足が発生するのを防ぐことができる。

図４は、本発明の第３の実施形態による成形装置の構成を示す図である。

図４において、図１と同一符号を付した部材、部分は、図１と同一のものである。本実施形態においては、上成形用金型１２は、不図示の胴型に固定されている。第２の実施形態と同様に、下成形用金型１１は、成形面１１ａと反対側の面でプレス軸１９に固定されている。プレス軸１９は上下方向に駆動可能であり、この駆動により、下成形用金型１１の成形面１１ａを上成形用金型１２の成形面１２ａに近づけたり遠ざけたりすることができる。外周部材１３は、第１に実施形態と同様に、平面１３ａと反対側の面で加圧部材１５に固定されている。加圧部材１５は、上下方向に駆動可能であり、この駆動により、平面１３ａを下成形用金型１１に近づけたり遠ざけたりすることができる。

制御部１８は、プレス軸１９、加圧部材１５を駆動制御する。プレス軸１９と加圧部材１５は、互いに他方の動作に依存せずに独立して駆動することができる。

以上のように構成された第３実施形態の成形装置について、その動作を説明する。

所定の高温に加熱された光学成形素材１７を下成形用金型１１の成形面１１ａ上に供給する。このとき、制御部１８の制御により、下成形用金型１１は、上成形用金型１２から遠ざけるように下方に移動させておく。外周部材１３は、下成形用金型１１から遠ざけるように上方に移動させておく。さらに、下成形用金型１１、上成形用金型１２、外周部材１３は、成形条件に対応した温度に加熱しておく。そして、制御部１８は、プレス軸１９を駆動することにより、下成形用金型１１を上方向に移動させ、上成形用金型１２に近づける。そして、所定位置まで下成形用金型１１を移動させ、光学成形素材１７をプレスし、レンズ形状になるように成形する。

制御部１８は、このような下成形用金型１１の移動制御と並行して、外周部材１３の移動制御を行う。制御部１８は、加圧部材１５を駆動することにより、外周部材１３を下方向に移動させ、下成形用金型１１に近づける。そして、図１に示すように、外周部材１３の平面１３ａが、成形されつつある光学成形素材１７の端部の接触する位置まで移動させる。そして、下成形用金型１１によるプレス処理中に、外周部材１３を微動させ、平面１３ａが光学成形素材１７の端部を押圧するように制御する。

以上のような制御を行うことにより、図２（ｂ）で説明した場合と同様に、成形不足が発生するのを防ぐことができる。

なお、上記各実施形態において、下成形用金型１１、上成形用金型１２、外周部材１３には、押圧する力に対して反力が働くので、所望の位置にその反力を計測する圧力センサを設けてもよい。これらの圧力センサからの出力により、制御部１８での各部の駆動制御を行うことにより、外周部材１３で光学成形素材１７の端部を押圧するタイミングや力を細かく制御し、効率よく成形不足を防ぐ制御を行うことができる。

本発明の第１の実施形態による成形装置の構成を示す図である。 本実施形態の成形装置の動作を説明するための図である。図２（ａ）は比較例による成形装置におけるプレス処理時の状態を示す図であり、図２（ｂ）は本実施形態の成形装置におけるプレス処理時の状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態による成形装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態による成形装置の構成を示す図である。

符号の説明

１１：下成形用金型
１１ａ：下成形用金型の成形面
１２：上成形用金型
１２ａ：上成形用金型の成形面
１３：外周部材
１３ａ：外周部材の平面
１４：プレス軸
１５：加圧部材
１６：基板
１７：光学成形素材（成形素材）
１８：制御部
１９：プレス軸

Claims (3)

1. 凹型形状の成形面を有する第１型部材と、
   凸型形状の成形面を有し、前記凸型形状の成形面が前記凹型形状の成形面と相対するように配置され、前記凹型形状の成形面の方向に移動可能な第２型部材と、
   前記第２型部材の外周に設けられ、前記第１型部材と相対する面を有し、前記第２型部材と同方向に移動可能な外周部材と、
   前記第２型部材を移動させることにより、前記第１型部材の前記凹型形状の成形面と前記第２型部材の前記凸型形状の成形面との間に配置された成形素材を成形する制御を行うとともに、前記外周部材を移動させ、前記外周部材の前記第１型部材と相対する面を前記成形素材の周辺部分に押圧させる制御を行う制御部と
   を備えたことを特徴とする成形装置。
2. 凸型形状の成形面を有する第１型部材と、
   凹型形状の成形面を有し、前記凹型形状の成形面が前記凸型形状の成形面と相対するように配置され、前記凸型形状の成形面の方向に移動可能な第２型部材と、
   前記第１型部材の外周に設けられ、前記第２型部材と相対する面を有し、前記第２型部材と逆方向に移動可能な外周部材と、
   前記第２型部材を移動させることにより、前記第１型部材の前記凸型形状の成形面と前記第２型部材の前記凹型形状の成形面との間に配置された成形素材を成形する制御を行うとともに、前記外周部材を移動させ、前記外周部材の前記第２型部材と相対する面を前記成形素材の周辺部分に押圧させる制御を行う制御部と
   を備えたことを特徴とする成形装置。
3. 凹型形状の成形面を有する第１型部材と、
   凸型形状の成形面を有し、前記凸型形状の成形面が前記凹型形状の成形面と相対するように配置された第２型部材と、
   前記第１型部材の外周に設けられ、前記第２型部材と相対する面を有する外周部材と、
   前記凹型形状の成形面と前記凸型形状の成形面を互いに近づける方向にそれぞれ移動させることにより、前記第１型部材の前記凹型形状の成形面と前記第２型部材の前記凸型形状の成形面との間に配置された成形素材を成形する制御を行うとともに、前記外周部材の前記第２型部材と相対する面を前記成形素材の周辺部分に押圧させる制御を行う制御部と
   を備えたことを特徴とする成形装置。

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