JP2008247648A - 光学素子の成形用金型及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形用金型を短時間で加熱することが可能な光学素子の成形用金型及び光学素子の成形装置を提供すること。
【解決手段】光学素子２００を成形するための成形用金型３００であって、光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面３２０ｂが設けられた下型３２０と、光学素子２００の他方の光学機能面を成形する第２の転写面３１０ｂが設けられた上型３１０と、第１及び第２の転写面３１０ｂ，３２０ｂを対向させた状態で上型３１０及び下型３２０が摺動可能に挿入される筒状の第１胴型３３０と、第１胴型３３０の周囲に配置され、少なくとも上型３１０と下型３２０の間隔を規定し、側面を貫通する開口部３４０ａが設けられた筒状の第２胴型３４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子の成形用金型及び成形装置に関する。

従来から、加熱により軟化した状態の成形素材（例えばガラス素材、樹脂材料など）を、得ようとする光学素子の形状をもとに精密加工された上型と下型の間でプレス成形して、光学素子を製造する方法が知られている。母材であるガラス、樹脂を加熱した状態でプレスして、所望の形状のレンズを成形するためには、プレスする型の温度を最適に制御する必要がある。例えば特許文献１には、成形型の径方向の周囲に加熱ランプを配置した構成が開示されている。また、特許文献２には、上成形型、下成形型及び胴型からなるプレスレンズの成形金型において、成形金型をプレスするプレスシリンダの内部にカートリッジヒータを設けた構成が開示されている。

特開２００１−３９７２２号公報 特開平２−１１１６３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法は、加熱ランプにより成形型の側面から加熱を行うため、上金型と下金型を連結するために胴型を用いた場合、胴型によって熱が遮られ、型の加熱時間に長時間を要するという問題が生じる。特に、上金型と下金型との水平方向の位置を規定する第１胴型と、上金型と下金型との間隔及び傾きを規定する第２胴型とを２重に設けた場合、第２胴型の外側から加熱ランプにより加熱すると、第２胴型が障壁となり、第１胴型、上金型及び下金型へ十分に熱が伝わらず、加熱に長時間を要してしまう。この場合、第２胴型の熱容量により加熱時間が長くなり、温度の制御性が低下するという問題が生じる。更に、第２胴型の内側の空間が断熱層となるため、この断熱層の存在によっても、加熱時間の長期化、温度制御性の低下が生じる。また、上金型と下金型との傾きをより高精度にするため第２胴型の径を大きくすると、前記断熱層が大きくなり、加熱時間の更なる長期化、温度制御性の更なる低下を招くという問題があった。

また、特許文献２に記載されているように、成形金型をプレスするプレスシリンダに連結された金型押圧部にヒータを内蔵した場合、ヒータが金型押圧部全体を加熱し、この金型押圧部との接触による熱伝導で金型を加熱している。ここで、金型押圧部は本来加熱すべき金型以外の構成部材であり不要な熱容量となる。つまり、ヒータと成形金型との間で直接熱が伝達されないため、熱の伝達効率が低下してしまう。このため、成形型の加熱時間に長時間を要するという問題が生じる。また、ヒータと成形金型との間に金型押圧部の壁が介在するため、金型押圧部の熱容量によって成形金型の加熱時間が長くなり、温度の制御性が低下するという問題が生じる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、成形用金型を短時間で加熱することが可能な、新規かつ改良された光学素子の成形用金型及び光学素子の成形装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光学素子を成形する成形用金型であって、前記光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と、前記光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型と、前記第１及び第２の転写面を対向させた状態で前記上型及び前記下型が摺動可能に挿入される筒状の第１胴型と、前記第１胴型の周囲に配置され、少なくとも前記上型と前記下型の間隔を規定し、側面を貫通する開口が設けられた筒状の第２胴型と、を備える光学素子の成形用金型が提供される。

上記構成によれば、光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と、光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型とが第１胴型によって位置合わせされる。また、上型と下型の間隔が第２胴型により規定され、第２胴型には側面を貫通する開口が設けられる。従って、第２胴型の側面に配置された加熱装置によって成形用金型が加熱されると、加熱装置の輻射熱が第２胴型の開口部を通って内部の上型、下型及び胴型に輻射される。これにより、第２胴型によって輻射熱が遮られることがなく、短時間で成形用金型を加熱することが可能となる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光学素子を成形する成形装置であって、前記光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と、前記光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型と、少なくとも前記下型又は前記上型の一方と接触し、前記上型又は前記下型の一方を他方に対して押圧するための押圧部材と、前記押圧部材に設けられ、前記上型又は前記下型と離間して配置されるヒータと、前記押圧部材の前記下型又は前記上型との接触部の近傍に設けられ、前記接触部から前記ヒータへ連通する開口と、を備える光学素子の成形装置が提供される。

上記構成によれば、光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と、光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型の少なくとも一方が他方に対して押圧部材により押圧される。押圧部材には上型又は下型から離間してヒータが設けられ、押圧部材の下型又は上型との近傍には、接触部からヒータへ連通する開口が設けられる。従って、ヒータからの輻射熱が押圧部材の開口を通って下型又は上型へ輻射され、短時間で下型及び上型を加熱することが可能となる。

また、上型及び下型から構成される成形用金型が所定の温度に達する前に上型と下型を相互に押圧すると、成形素材が十分に軟化していない状態で成形素材が押圧され、レンズに外観不良などが生じてしまう。従来のヒータブロックと金型を接触させて熱を伝導する方法では、成形用金型が所定の温度に達する前の加熱時に、ヒータブロックの接触により成形用金型が押圧されてしまい、成形不良が生じる問題があった。上記構成によれば、ヒータと成形用金型とが離間して配置されるため、ヒータを成形用金型に接触させることなく、輻射熱により成形用金型を加熱するとができる。従って、成形用金型が所定の温度に到達する前に成形素材が押圧されてしまうことを回避することができ、レンズの成形不良の発生を抑制することが可能となる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と、前記光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型と、前記第１及び第２の転写面を対向させた状態で前記上型及び前記下型が摺動可能に挿入される筒状の第１胴型と、前記第１胴型の周囲に配置され、少なくとも前記上型と前記下型の間隔を規定し、側面を貫通する開口が設けられた筒状の第２胴型と、を備える成形用金型と、前記成形用金型の前記第２胴型に設けられた前記開口を介して、前記上型、前記下型、前記第１胴型の少なくとも１つを輻射加熱する加熱手段と、を備えた光学素子の成形装置が提供される。

上記構成によれば、光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と、光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型とが第１胴型によって位置合わせされる。また、上型と下型の間隔が第２胴型により規定され、第２胴型には側面を貫通する開口が設けられる。そして、光学素子の成形装置は、上型、下型、第１胴型の少なくとも１つを輻射加熱する加熱手段を備える。従って、加熱手段によって成形用金型が加熱されると、加熱手段の輻射熱が第２胴型の開口を通って内部の上型、下型及び胴型に輻射される。これにより、第２胴型によって輻射熱が遮られることがなく、短時間で成形用金型を加熱することが可能となる。

本発明によれば、成形用金型を短時間で加熱することが可能な、光学素子の成形用金型及び光学素子の成形装置を提供することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の成形装置１００を示す模式図である。本発明に係る光学素子の成型装置１００は、ガラス、樹脂等を材料とする光学素子２００を加熱及び加圧して成形するものである。光学素子２００は、例えば、各種カメラ、光通信機器、光ピックアップ等に用いられるものである。

図１に示すように、成形装置１００は、端面同士を対向させて上下に配設された上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０を備えている。上側ダイプレート１０は、上側保持部材３０により支持されている、また、下側ダイプレート２０は、下側保持部材４０により支持されている。

本実施形態において、下側保持部材４０は固定されている。一方、上側保持部材３０ははプレス軸（不図示）に連結されている。上側保持部材３０は、プレス軸から駆動力を受けて下向きに押圧される。

上側ダイプレート１０と下側ダイプレート２０との間には、成形用金型３００が配置されている。成形用金型３００は、上型３１０、下型３２０、第１胴型３３０及び第２胴型３４０を有して構成されている。

図１に示すように、光学素子２００の成形時には、上型３１０と下型３２０が第１胴型３３０を介して連結される。上型３１０と下型３２０を連結した状態では、上型３１０と下型３２０との間にキャビティ３５０が形成される。キャビティ３５０の中に光学素子２００の母材である光学硝材を配置し、加熱した状態で上側保持部材３０を下向きに駆動すると、下型３２０に対して上型３１０が押圧される。これにより、キャビティ３５０内で光学素子２００が加熱・加圧成形される。このように、下側ダイプレート１０及び上側ダイプレート２０は、上型３１０を下型３２０へ押圧するための押圧部材として機能する。

なお、本実施形態では、下型３２０に対して上型３１０を押圧しているが、上型３１０に対して下型３２０を押圧しても良いし、上型３１０と下型３２０の双方を相互に押圧しても良い。

上型３１０は、円柱状の外周面３１０ａを有している。上型３１０の下面には、光学素子２００の一方の側のレンズ面（光学機能面）を転写するための転写面３１０ｂが設けられている。

一方、下型３２０は、円柱状の外周面３２０ａを有している。また、下型３２０の上面には、光学素子２００の他方の側のレンズ面（光学機能面）を転写するための転写面３２０ｂが設けられている。

第１胴型３３０は筒状に構成され、第１胴型３３０の内周面には、下型３２０の外周面３２０ａが摺動可能に嵌合した状態で挿入され、また、上型３１０の外周面３１０ａが摺動可能に嵌合した状態で挿入される。これにより、第１胴型３３０を介して、上型３１０と下型３２０の水平方向の位置を精度良く規定することができ、転写面３１０ｂと転写面３２０ｂを正確に位置合わせすることができる。

上型３１０にはフランジ部３１０ｃが設けられている。また、下型３２０にはフランジ部３２０ｃが設けられている。下型３２０のフランジ部３２０ｃには段差が設けられ、段差の部分に外周面３２０ｄが設けられている。

第２胴型３４０は筒状に構成され、第２胴型３４０の内部に第１胴型３３０が配置される。第２胴型３４０は、上型３１０のフランジ部３１０ｃと下型３２０のフランジ部３２０ｃの間に挿入され、第２胴型３４０の内周面は下型１２０の外周面３２０ｄに嵌合する。る。第２胴型３４０は、プレス時の上型３１０と下型３２０の間隔を規定するとともに、上型３１０と下型３２０の傾き（平行度）を規定する。従って、第２胴型３４０を上型３１０と下型３２０の間に挿入することで、プレス時の上型１１０と下型１２０の間隔を正確に規定するとともに、光学素子２００の表裏の光学機能面の倒れ、傾きの発生を確実に抑止することができる。

図１に示すように、第２胴型３４０の周囲には、成形用金型３００を加熱する複数の加熱ランプ４００が配置されている。加熱ランプ４００は、例えば半円状の赤外線ランプから構成されることができる。複数の加熱ランプ４００は、上下方向に重ねて配置されている。

図２は、第２胴型３４０の外観を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、第２胴型３４０の側面には、側面を貫通する開口部３４０ａが設けられている。また、図３は、第２胴型３４０の開口部３４０ａと、加熱ランプ４００との位置関係を示す平面図である。図２に示すように、開口部３４０ａは、半円状に設けられた加熱ランプ４００からの輻射熱を内部に輻射するため、例えば円周上の４箇所の位置に設けられている。

このように第２胴型３４０の側面に開口部３４０ａを設けたことにより、加熱ランプ４００による輻射熱を開口部３４０ａを通して上型３１０、下型３２０及び第１胴型３３０へ輻射することができる。これにより、第２胴型３４０によって加熱ランプ４００の輻射熱が遮られてしまうことがなく、成形用金型３００を短時間で効率良く加熱することが可能となる。また、加熱ランプ４００による輻射熱を直接内部に輻射することができるため、第２胴型３４０の熱容量が加熱に与える影響を抑えることができ、加熱を短時間で行うとともに、温度の制御性をより向上することができる。

また、開口部３４０ａを設けていない場合は、第２胴型３４０の内側の空間（通常、不活性ガスが充填されるか、又は真空とされる）が断熱層となって加熱ランプ４００の輻射熱が遮られてしまうが、開口部３４０ａを設けることにより、ガスによる断熱効果を確実に抑えることが可能となる。

第２胴型３４０の内側の空間による断熱効果は、第２胴型３４０の内側の空間が広いほど大きくなる。従って、開口部３４０ａを設けていない場合は、ガスによる断熱効果を最小限に抑えるため、第２胴型３４０の径を可能な限り小さくする必要がある。しかし、第２胴型３４０の径を縮小すると、上型３１０と下型３２０の間隔及び平行度の精度が低下する。本実施形態では、開口部３４０ａを設けたことにより、第２胴型３４０の内側の空間による断熱効果が生じないため、第２胴型３４０の内側の空間を十分に広くすることが可能となり、第２胴型３４０の径をより拡大することが可能となる。従って、第２胴型３４０により、上型３１０と下型３２０の間隔及び上型３１０と下型３２０との傾きを高精度に規定することが可能となる。

図１に示すように、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０の内部には、ヒータ５００が設けられている。ヒータ５００は、平面形状がリング状であり、例えば発熱抵抗体にセラミックを焼結したセラミックヒータ、導電性セラミックからなるセラミックヒータ、電熱線を用いたヒータ等により構成される。ヒータ５００によれば、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０を加熱することができ、上側ダイプレート１０、下側ダイプレート２０に接触する上型３１０、下型３２０を所望の温度に加熱することができる。なお、本実施形態では、加熱ランプ４００により成形用金型３００を加熱できるため、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０の内部のヒータ５００を設けなくても良い。

以上説明したように第１の実施形態によれば、第２胴型３４０に開口部３４０ａを設けたため、加熱ランプ４００からの輻射熱を効率良く上型３１０、下型３２０、第１胴型３３０へ輻射することが可能となる。従って、加熱ランプ４００による熱の伝達効率が向上し、成形用金型３００の加熱時間が大幅に短縮するとともに、温度の制御性を向上することが可能となる。また、第２胴型３４０の内側の空間による断熱効果が生じないため、第２胴型３４０の径をより拡大することが可能となる。従って、上型３１０と下型３２０との間隔及び傾きを高精度に規定することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態に係る光学素子の成形装置１００を示す模式図である。第２の実施形態の成形装置１００の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。

図４に示すように、第２の実施形態においても、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０の内部にヒータ５００が設けられている。ヒータ５００は、上側ダイプレート１０のヒータ格納部１０ａ内、及び下側ダイプレート２０のヒータ格納部２０ａ内に設けられている。

図４に示すように、上側ダイプレート１０には、上型３１０との当接面からヒータ格納部１０ａに連通する孔１０ｂが設けられている。同様に、下側ダイプレート２０には、下型３２０との当接面からヒータ格納部２０ａに連通する孔２０ｂが設けられている。

図５は、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０を示す平面図であって、上側ダイプレート１０の上型３１０との当接面、下側ダイプレート２０の下型３２０との当接面、を示している。

図４に示すように、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０のヒータ格納部１０ａ，２０ｂは、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０の中心に対して、リング状に設けられている。そして、リング状のヒータ５００が、ヒータ格納部１０ａ，２０ｂ内に格納されている。上側ダイプレート１０の孔１０ｂ、及び下側ダイプレート２０の孔２０ｂは、ヒータ５００の位置に対応して、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０の中心から放射状に形成されている。

このような構成によれば、ヒータ５００から輻射された輻射熱は、孔１０ｂ，２０ｂを通って上型３１０、下型３２０へ輻射される。従って、ヒータ５００の熱を効率良く上型３１０、下型３２０へ輻射することが可能となり、成形用金型３００の加熱時間を大幅に短縮することが可能となる。また、ヒータ５００の輻射熱を上型３１０及び下型３２０へ直接輻射することができるため、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０の熱容量が上型３１０及び下型３２０への熱伝達に与える影響を抑えることができ、上型３１０及び下型３２０の温度の制御性を大幅に向上することができる。

なお、図４では、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０に円形の多数の孔１０ｂ，２０ｂを形成しているが、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０に必要な強度が確保されれば、孔１０ｂ，２０ｂの形状はこれに限定されるものではない。また、孔１０ｂ，２０ｂの代わりに、孔１０ｂ，２０ｂよりも大きな開口を設けても良い。

以上説明したように第２の実施形態によれば、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０にヒータ５００を内蔵し、ヒータ５００からの輻射熱を通す孔１０ｂ，２０ｂを上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０に設けたため、ヒータ５００からの輻射熱を効率良く成形用金型３００へ伝えることが可能となり、成形用金型３００の加熱時間を短縮することが可能となる。また、上側ダイプレート１０及び下側ダイプレート２０の熱容量による影響を抑えることができるため、加熱時間を短縮するとともに温度制御性を向上することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施形態に係る光学素子の成形装置を示す模式図である。 第２胴型の外観を示す斜視図である。 第２胴型の開口部と、加熱ランプとの位置関係を示す平面図である。 第２の実施形態に係る光学素子の成形装置１００を示す模式図である。 上側ダイプレート及び下側ダイプレートを示す平面図である。

符号の説明

１０ 上側ダイプレート
１０ｂ，２０ｂ 孔
２０ 下側ダイプレート
１００ 成形装置
２００ 光学素子
３００ 成形用金型
３１０ 上型
３１０ｂ，３２０ｂ 転写面
３２０ 下型
３３０ 第１胴型
３４０ 第２胴型
３４０ａ 開口部
４００ 加熱ランプ
５００ ヒータ

Claims (3)

1. 光学素子を成形する成形用金型であって：
   前記光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と；
   前記光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型と；
   前記第１及び第２の転写面を対向させた状態で前記上型及び前記下型が摺動可能に挿入される筒状の第１胴型と；
   前記第１胴型の周囲に配置され、少なくとも前記上型と前記下型の間隔を規定し、側面を貫通する開口が設けられた筒状の第２胴型と；
   を備えることを特徴とする、光学素子の成形用金型。
2. 光学素子を成形する成形装置であって：
   前記光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と；
   前記光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型と；
   少なくとも前記下型又は前記上型の一方と接触し、前記上型又は前記下型の一方を他方に対して押圧するための押圧部材と；
   前記押圧部材に設けられ、前記上型又は前記下型と離間して配置されるヒータと；
   前記押圧部材の前記下型又は前記上型との接触部の近傍に設けられ、前記接触部から前記ヒータへ連通する開口と；
   を備えることを特徴とする、光学素子の成形装置。
3. 光学素子の一方の光学機能面を成形する第１の転写面が設けられた下型と；
   前記光学素子の他方の光学機能面を成形する第２の転写面が設けられた上型と；
   前記第１及び第２の転写面を対向させた状態で前記上型及び前記下型が摺動可能に挿入される筒状の第１胴型と；
   前記第１胴型の周囲に配置され、少なくとも前記上型と前記下型の間隔を規定し、側面を貫通する開口が設けられた筒状の第２胴型と；を備える成形用金型と；
   前記成形用金型の前記第２胴型に設けられた前記開口を介して、前記上型、前記下型、前記第１胴型の少なくとも１つを輻射加熱する加熱手段と；
   を備えたことを特徴とする、光学素子の成形装置。

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