JP2008189517A - レンズ成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な部材や装置を用いることなく、金型組み付け時の作業性と成形時の位置決め精度の両方を確保したレンズ成形用金型を提供する。
【解決手段】固定型２０は、第一のレンズ形状を転写する転写面２３ａを有する固定型用コア２３と、固定型用コア２３をクリアランスを設けてとりつける円筒孔２２ａを有する固定型用胴型２２とを備える。可動型３０は、第二のレンズ形状を転写する転写面３３ａを有する可動型用コア３３と、可動型用コア３３をクリアランスを設けてとりつける円筒孔３２ａを有する可動型用胴型３２とを備える。コア２３，３３には胴型２２，３２より熱線膨張係数の大きい材質を用いる。コア２３，３３は、成形時に、円筒孔２２ａ，３２ａの内壁２２ｂ，３２ｂに圧接しシマリバメとなる圧接面２３ｃ，３３ｃと、接触しないカット面およびニガシ面２３ｂ，３３ｂを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学レンズをプレス成形するための金型に関し、特に、光学素材を用いてレンズを成形する際に、レンズの第１面の中心と、第２面の中心とが位置ズレしないようにしたレンズ成形用金型に関するものである。

プレス成形用金型は、上型および下型の少なくとも一方が上下動可能になっており、胴型がその摺動を支持している。可動する型と胴型は殆ど隙間がなく、しかも金型に熱を加えて摺動させるため金型の摺動部分の磨耗は激しい。下記特許文献１には摺動面に炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素などの固体表面処理材を高速噴射により表面処理したモールドプレス金型が紹介されている。また下記特許文献２には摺動面に硫黄系化合物、セレン系化合物、カドミウム系化合物、などの固体潤滑性薄膜を形成したモールドプレス金型が紹介されている。

図９および図１０に示すように、光学レンズを成形する金型５０は、固定型６０と可動型７０によって構成され、光学面を精度良く成形するために鏡面を有するコアを使用している。対向する一対の型板６１および７１に胴型６２および７２が取り付けられ、それぞれの胴型６２および７２に一対のコア６３および７３が支持される。一対のコア６３および７３の間が成形するレンズ空間となっており、ここに光学素材８０を置いてレンズ８１を成形する。一対のコア６３および７３はレンズ８１を成形する転写面６３ａおよび７３ａが鏡面となっているので、レンズ８１の光学面を高精度で成形することができる。

一対のコア６３および７３は、胴型６２および７２への取り付けを容易にするため、胴型６２および７２との間に５／１０００ｍｍ程度のクリアランスが設けられている。ところが、このようなクリアランスを設けた構造では、コア６３および７３はそれぞれ勝手な方向にクリアランスの分だけ動いて偏芯が発生する（図１０参照）。この状態で成形される光学レンズは第一面と第二面の光軸がクリアランスの分だけ偏芯してしまい、それ以上に精度を向上させることができない。また、可動側のコア７３と固定側の胴型６２との間で軸ズレによるかじりが発生することもある。
特開２００５−２０６４３０号公報 特開２００６−１３７６１４号公報

光学レンズを成形する金型においては、胴型に対するコアの位置精度と、コアを胴型に組み付ける時に必要なクリアランスの確保とを両立させなければならない。すなわち、光学レンズの成形にあっては，表裏面間の軸ズレが問題となるため、成形時には事実上クリアランスがゼロでなければならない。しかし組み付け時には、少なくとも０．００５ｍｍ程度のクリアランスがないと実際問題として組み付け作業ができない。従って、組み付け時（常温）にはある程度のクリアランスを確保しつつ，成形時（高温）にはそのクリアランスが消滅するようにする必要がある。

本発明は、特別な部材や装置を用いることなしに、組み付け時（常温）にはクリアランスを確保し、成形時（高温）にはクリアランスをなくして作業性と位置決め精度の両方を確保することのできる光学レンズ成形用金型を提供することにある。

本発明によるレンズ成形用金型の固定型と可動型は、それぞれに、レンズ形状を転写する転写面を有するコアと、該コアがクリアランスを設けてとりつけられる孔を有する胴型とを備える。前記固定型と前記可動型は、それぞれの前記転写面が同一中心軸上で離間して対向するように配置する。可動型用コアの先端部分は可動型用胴型から突出しており、型閉じ時には、この突出した部分が前記固定型用胴型の孔に進入する。前記孔の内部で前記対向するように配置された２つの転写面によって、加熱により軟化した状態の光学素材をプレス成形する。

前記コアには前記胴型より熱線膨張係数の大きい材質を用いる。前記コアの周面の一部に、成形時の温度下で熱膨張によって前記クリアランスがゼロになってシマリバメとなる圧接面を設ける。これによって成形時には前記コアはその軸芯を前記胴型の中心に合わせられる。前記２つの胴型はその中心を同じくしているので、前記２つのコアの軸芯も一致することになる。

前記シマリバメとなる圧接面の周囲に前記シマリバメによる内部応力を分散させる応力ニゲ部を設ける。該応力ニゲ部として、前記周面の周方向に１２０度間隔で３ヶ所のカット面を設け、前記転写面に続く先端部分を圧接面の径より細くしてニガシ面とする。また、前記先端部分の反対側も前記圧接面の径より細くして、成形時の温度下でも前記孔の内壁とのクリアランスがゼロにならないようにした根元部を設ける。

本発明による光学レンズ成形用金型は、簡単な構造であるにも係わらず、コアの組付け取り外しが簡単で金型のメンテナンスを容易に行うことができ，メンテナンス後の成形時の位置精度も全く問題なく、軸ズレの発生のない光学レンズを成形することができる。

以下、本発明の実施形態であるレンズ成形用金型の構造について説明する。図１に示すレンズ成形用金型１０は、固定型２０および可動型３０より構成されている。固定型２０は、型板２１と、型板２１に固定された胴型２２、および胴型２２に嵌合して支持された円柱形のコア２３とによって構成され、可動型３０は、型板３１と、型板３１に固定された胴型３２、および胴型３２に嵌合して支持された円柱形のコア３３とによって構成されている。ここでコア２３は胴型２２、コア３３は胴型３２よりそれぞれ熱線膨張係数が大きい材質を用いている。

図２に示すように固定型２０用の胴型２２には、挿入されるコア２３の円周面と嵌合する内壁２２ｂとフランジ部２３ｆと嵌合する内壁２２ｃを有する円筒孔２２ａが設けられ、内壁２２ｃは円筒形の一部を平面とした位置決め用のＤカット面２２ｄを備えている。可動型３０用の胴型３２の構造も同じである。

図３〜図５に示すように、コア２３の先端は、成形される光学ガラス素材４０にレンズ面形状を転写する転写面２３ａが形成されている。転写面２３ａは、光学精度を保証するため鏡面仕上げになっている。コア２３は、先端面に前記転写面２３ａを備え、円周面にニガシ面２３ｂ、圧接面２３ｃ、カット面２３ｄ、根元部２３ｅを備え、更にフランジ部２３ｆを備えている。

コア２３の前記円周面は常温下において前記胴型２２の内壁２２ｂより小さく、前記フランジ部２３ｆは、前記胴型２２の内壁２２ｃより小さいので、前記コア２３を前記胴型２２に挿入し取り付けることは容易である。

前記圧接面２３ｃは、常温下において前記胴型２２の内壁２２ｂとの間に０．００３〜０．００５ｍｍ程度のクリアランスができるように作られた円周面の一部であって、円周上に１２０度間隔で３ヶ所設けられている。前記カット面２３ｄは前記コア２３の円周面を平らに削った面であり前記圧接面２３ｃと交互に設けられている。前記圧接面２３ｃは、加熱によって膨張し成形時の温度下では、前記胴型２２の内壁２２ｂより僅かに大きくなり、内壁２２ｂとの間がシマリバメとなる。

コア２３の型板２１側に設けられたフランジ部２３ｆは、胴型２２の内壁２２ｃとの間のクリアランスを、前記圧接面２３ｃと前記内壁２２ｂとの間のクリアランスより大きく設けられ、前記成形時の温度であってもクリアランスが確保される。また、前記フランジ部２３ｆは前記内壁２２ｃ同様に円形であり、フランジ部２３ｆには、前記内壁２２ｃに設けられたＤカット面２２ｄと係合する位置にＤカット面２３ｇが設けられ、胴型２２に対するコア２３の軸中心回転方向の位置決めを行っている。

次に可動型用コア３３について説明する。図６に示すようにコア３３の先端面には、成形される光学ガラス素材にレンズ面形状を転写する転写面３３ａが形成されている。転写面３３ａは、光学精度を保証するため鏡面仕上げになっている。コア３３は、先端面に前記転写面３３ａを備え、円周面にニガシ面３３ｂ、圧接面３３ｃ、カット面３３ｄ、根元部３３ｅを備え、更にフランジ部３３ｆを備えている。

コア３３の前記円周面は常温下において前記胴型３２の内壁３２ｂより小さく、前記フランジ部３３ｆは、前記胴型３２の内壁３２ｃより小さいので、前記コア３３を前記胴型３２に挿入し取り付けることは容易である。

前記圧接面３３ｃは、常温下において前記胴型３２の内壁３２ｂとの間に０．００３〜０．００５ｍｍ程度のクリアランスができるように作られた円周面の一部であって、円周上に１２０度間隔で３ヶ所設けられている。前記カット面３３ｄは前記コア３３の円周面を平らに削った面であり前記圧接面３３ｃと交互に設けられている。前記圧接面３３ｃは過熱によって膨張し成形時の温度では、前記胴型３２の内壁３２ｂの内径より僅かに大きくなり、内壁３２ｂとの間がシマリバメとなる。

フランジ部３３ｆは、胴型３２の内壁３２ｃとの間のクリアランスを、前記圧接面３３ｃと前記内壁３２ｃとの間のクリアランスより大きく設けられ、前記成形時の温度であってもクリアランスが確保される。また、前記フランジ部３３ｆには、前記内壁３２ｃに設けられたＤカット面３２ｄと係合する位置にＤカット面３３ｇが設けられている。

次に、本発明の実施形態であるレンズ成形用金型１０の作用について説明する。常温下において、コア２３および３３の外径は胴型２２および３２に設けられた円筒孔２２ａおよび３２ａの内壁２２ｂおよび３２ｂより０．００５ｍｍ程度あるいはそれ以上のクリアランスが設けられており、前記胴型２２および３２への前記コア２３および３３の取り付け取り外しは容易に行える。

成形のため前記金型１０を加熱すると、固定型２０および可動型３０を構成する各部材は膨張する。固定型２０は、コア２３は胴型２２よりそれぞれ熱線膨張係数が大きい材質を用いているが、胴型２２の内壁２２ｃとコア２３のフランジ部２３ｆの間および内壁２２ｂと根元部２３ｅの間のクリアランスは加熱時においても確保されている。しかし、内壁２２ｂと圧接面２３ｃの間では圧接面２３ｃの外径が内壁２２ｂより大きくなり圧接面２３ｃは内壁２２ｂに圧接しシマリバメとなる。これによってコア２３の軸中心は胴型２２の円筒孔２２ａの中心と一致する。

ここで前記圧接面２３ｃは内壁２２ｂに接触した後も膨張しようとするが、前記内壁２２ｂに圧接しているので膨張できず、その体積膨張は隣接するカット面２３ｄとニガシ面２３ｂ、根元部２３ｅが分担する。カット面２３ｄとニガシ面２３ｂ、根元部２３ｅは加熱状態においても内壁２２ｂに圧接することがない寸法に設定されているので、前記圧接面２３ｃの膨張によって発生する応力歪を吸収することができる。

このように前記コアの円周面にカット面２３ｄとニガシ面２３ｂを設けることによって前記体積膨張による応力の前記転写面２３ａへの影響がないようにしている。また、前記圧接面２３ｃの長さは必要最小限とし、フランジ部２３ｆまでの間に圧接面２３ｃより細くした根元部２３ｅを設けることで、前記応力歪の発生をより少なくしている。

前記カット面２３ｄは圧接面２３ｃの発生する応力を分散・吸収するために設けられたが、これによって前記コアの前記ニガシ面２３ｂ、カット面２３ｄ、根元部２３ｅ、フランジ部２３ｆの各部と、前記円筒孔２２ａの内壁２２ｂ，２２ｃとの間に形成された隙間は、前記光学ガラス素材を成形する空間から金型外部に連通して設けられることになり、ここを窒素ガス等の酸化防止用不活性ガスの導入通路として使用することもできる。

可動型３０においてもコア３３は圧接面３３ｃが内壁３２ｂに圧接しシマリバメとなることによってコア３３の軸中心が胴型３２の円筒孔３２ａの中心と一致する。胴型２２と胴型３２は型板２１および３１に固定されているので成形時の加熱によって位置ズレを起こすことはなく、コア２３とコア３３の軸中心は一致することになる。

コア３３は固定型２０のコア２３と比べ先端部分のニガシ面３３ｂが胴型３２より突出している点が異なる。成形時に固定型２０と可動型３０が閉じられた時、ニガシ面３３ｂは、固定型２０の胴型２２の円筒孔２２ａに進入する。

この時、コア３３の軸中心と円筒孔２２ａの中心が僅かでもズレていると、ニガシ面３３ｂは円筒孔２２ａの入り口の縁に当たってしまうが、前述のように中心のズレはなく、また加熱状態でもニガシ面３３ｂの径は円筒孔２２ａの内壁２２ｂより大きくならないので当たることはなく、挿入時のかじりの発生もない。

また固定型２０において、応力を分散・吸収するために設けられたカット面等によって、コア２３と円筒孔２２ａの間に、前記光学ガラス素材を成形する空間から金型外部に連通する隙間が設けられたが、可動型３０においても同様に連通する隙間が設けられるので、ここを酸化防止用不活性ガスの導入通路として使用することができる。

前記実施形態は、固定型２０および可動型３０において、コア２３，３３を円柱形とし、胴型２２，３２に設ける孔を円筒孔２２ａ，３２ａとしたが、円柱形、円筒形に限るものではなく、別の形状であっても良い。またレンズを成形する材料は光学素材であれば良く、光学ガラス素材でなくても良い。

前記実施形態は、本発明を、両面に球面あるいは非球面を有する光学レンズを成形する金型に採用した場合であるが、一面が平面な光学レンズを成形する金型に採用しても良く、また光学ミラーを成形する金型に採用しても良い。

本発明によるレンズ成形用金型の断面図を示す図である。 胴型の断面図を示す図である。 固定型用のコアを上から見た図である。 固定型用のコアを横から見た図である。 固定型用のコアの中心線断面を示す図である。 可動型用のコアを横から見た図である。 可動型用のコアを先端側から見た図である。 本発明によるレンズ成形用金型を閉じた時の断面図を示す図である。 従来のレンズ成形用金型の断面図を示す図である。 従来のレンズ成形用金型を閉じた時の断面図を示す図である。

符号の説明

１０ レンズ成形用金型
２０ 固定型
２１，３１ 型板
２２，３２ 胴型
２２ａ，３２ａ 円筒孔
２３，３３ コア
２３ａ，３３ａ 転写面
２３ｂ，３３ｂ ニガシ面
２３ｃ，３３ｃ 圧接面
２３ｄ，３３ｄ カット面
２３ｅ，３３ｅ 根元部
３０ 可動型

Claims (7)

1. 固定型と可動型の少なくとも一方の型に、光学面形状を転写する転写面を有するコアと、該コアがクリアランスを設けて取り付けられる孔を有する胴型とを備え、加熱により軟化した状態の光学素材を、前記固定型と可動型の間でプレス成形するレンズ成形用金型において、
   前記コアは、前記胴型より熱線膨張係数の大きい材質を用い、成形時の温度下で熱膨張によって前記孔の内壁との間がシマリバメとなることを特徴とするレンズ成形用金型。
2. 前記シマリバメとなる部分は、前記コアおよび前記孔の一部分であり、
   前記コアまたは前記孔の前記シマリバメとなる部分の周囲に、成形時の温度下でも接触しない応力ニゲ部が設けられたことを特徴とする請求項１記載のレンズ成形用金型。
3. 前記コアは、周面に設けられた前記シマリバメとなる部分である圧接面と、圧接面の周囲に設けられた応力ニゲ部とを有することを特徴とする請求項１または２記載のレンズ成形用金型。
4. 前記応力ニゲ部は、前記コアの周面の周方向に等間隔に設けた３ヶ所以上のカット面であることを特徴とする請求項３記載のレンズ成形用金型。
5. 前記応力ニゲ部は、前記コアの先端部分を前記圧接面より細くしたニガシ面であることを特徴とする請求項３記載のレンズ成形用金型。
6. 前記コアは、前記転写面が形成された先端部分の反対側にフランジ部を設け、前記フランジ部と前記圧接面の間に該圧接面より細くした根元部を設けたことを特徴とする請求項３ないし５いずれか記載のレンズ成形用金型。
7. 前記コアの前記ニガシ面、カット面、根元部、フランジ部の各部と、前記孔との間に形成される隙間は、前記光学素材を成形する空間から金型外部に連通して設けられていることを特徴とする請求項４ないし６いずれか記載のレンズ成形用金型。
   

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