JP2010126378A - 光学素子成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光学素材を加熱加圧成形して光学素子を形成する光学素子成形用金型に関して、光学素子の生産性を高めることを目的とする。
【解決手段】本発明は、光学素子成形用金型の組み付け時における固定型７と胴型６の組み付けクリアランス１０と摺動型９と胴型６の組み付けクリアランス１１を同等に設定すると共に、固定型７、摺動型９、胴型６の各線熱膨張係数の関係を固定型７の線熱膨張係数をＡ、摺動型９の線熱膨張係数をＢ、胴型６の線熱膨張係数をＣとしてＡ＞Ｃ＞Ｂの関係を満たす構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素材を加熱加圧成形して光学素子を形成する光学素子成形用金型に関するものである。

従来、光学素材を加熱加圧成形する光学素子成形用金型は、図２に示されるように胴型１と、この胴型１に挿入される固定型２および摺動型３により構成され、胴型１、固定型２及び摺動型３はそれぞれタングステンカーバイトを主成分とした超硬合金で形成された構成が知られている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００５−２３１９３３号公報

そして、このような光学素子成形用金型においては、光学素子成形時における胴型１に対する摺動型３の摺動性、つまり光学素子を形成する成形温度に昇温させた状態における胴型１に対する摺動型３の摺動性を確保する為に、光学素材の成形温度における胴型１と摺動型３の線熱膨張係数を考慮し、組み付け温度（常温）における胴型１と摺動型３との組み付けクリアランス４を固定型２と胴型１との組み付けクリアランス５より大きく設定していた。

しかしながら、光学素子に要望される光学特性が非常に厳しくなってきており、これを実現するため上記した光学素子の成形方法においては、胴型１に挿入された固定型２と摺動型３との同軸度が高い精度で確保されなければならず、各組み付けクリアランス４，５を限りなく小さくしなければならず、これにより、光学素子を成形する際に胴型１内における摺動型３の摺動性が悪くなり、光学素子の生産性に影響を及ぼしていた。

そこで、本発明はこの問題を解決し、光学素子の生産性を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、光学素子成形用金型の組み付け時における固定型と胴型の組み付けクリアランスと摺動型と胴型の組み付けクリアランスを同等に設定すると共に、光学素子を成形する固定型、摺動型および胴型の各線熱膨張係数の関係を、固定型の線熱膨張係数をＡ、摺動型の線熱膨張係数をＢ、胴型の線熱膨張係数をＣとしてＡ＞Ｃ＞Ｂの関係を満たす構成としたのである。

この構成により、光学素子の成形温度における固定型と摺動型の同軸度を高い精度で確保しつつ光学素子の成形温度での摺動型の摺動性が確保でき、結果として光学素子の生産性を高めることができるのである。

以下、本発明の一実施の形態における光学素子成形用金型について図面を参照しながら説明する。

図１は光学素材となる硝材を加熱・加圧成形して非球面ガラスレンズなどの光学素子を形成する光学素子成形用金型を示したものであり、この光学素子成形用金型の基本構造は、貫通孔を有する円筒状の胴型６の一端に固定型７を固定し、胴型６の他端側より貫通孔の中心軸８の延伸方向に摺動型９を摺動可能に挿入する構成となっている。なお、固定型７および摺動型９は先端が光学素子の成形面７ａ，９ａとなった円柱状の成形部７ｂ，９ｂと、この成形部７ｂ，９ｂの端部に設けられたフランジ部７ｃ，９ｃとから構成され、固定型７と胴型６の組み付けは、固定型７の成形部７ａを胴型６の貫通孔に挿入して胴型６の端面がフランジ部７ｃと当接した状態で一体化するのである。

そして、この光学素子成形用金型を用いて光学素子を成形するには、胴型６と一体化された固定型７の成形面７ａに硝材を配置し、摺動型９を貫通孔に挿入した状態で光学素子成形用金型の全体を加熱し、成形面７ａ，９ａの間に配置された硝材がガラス転移点以上に加熱された状態で摺動型９を用いて硝材を所定形状に加圧成形し、この被成形硝材つまり光学素子を熱転移点以下まで冷却した後に摺動型９を開放し、光学素子を取り出すのである。

なお、この一実施の形態においては胴型６、固定型７、摺動型９はそれぞれタングステンカーバイトを主成分とする超硬合金により構成されているのであるが、それぞれの超硬合金の線熱膨張係数が異なるものを選定している。具体的には、固定型７の線熱膨張係数をＡ、摺動型９の線熱膨張係数をＢ、胴型６の線熱膨張係数をＣとしてＡ＞Ｃ＞Ｂの関係を満たすように、固定型７の線熱膨張係数Ａが７０×１０^−７、摺動型９の線熱膨張係数Ｂが５０×１０^−７、胴型６の線熱膨張係数Ｃが６０×１０^−７の超硬合金を用いている。なお、超硬合金の線熱膨張係数は主成分に対する副成分の配合比率などにより適宜調節することができる。

また、この光学素子成形用金型においては、胴型６、固定型７、摺動型９の組み付け作業が常温下で行われるものであり、この常温下における固定型７の成形部の外径と胴型６の貫通孔の内径の差の半分で表される組み付けクリアランス１０、および摺動型９の成形部の外径と胴型６の貫通孔の内径の差の半分で表される組み付けクリアランス１１を等しく設定している。なお、この組み付けクリアランス１０，１１を等しくするという表現は、金型加工精度のバラツキを考慮する必要があるため、許容されるバラツキ範囲として摺動型９と胴型６の組み付けクリアランス１１が固定型７と胴型６の組み付けクリアランス１０を下限として上限が下限のクリアランスの１．５倍の範囲を実質的に等しい範囲としている。

そして、このように高い精度の同軸度を確保するために、胴型６に対する固定型７及び摺動型９のクリアランス１０，１１を等しく設定しても、胴型６、固定型７、摺動型９の線熱膨張係数の関係を先に述べたＡ＞Ｃ＞Ｂとすることにより、光学素子の成形において摺動型９の摺動性を高め、生産性を向上させることが出来るのである。

すなわち、図２に示す従来の光学素子成形用金型の構成であれば、胴型１、固定型２、摺動型３の線熱膨張係数が等しい状態で、成形温度にまで昇温された状態で胴型１と摺動型３のクリアランス４が小さくなることを考慮し、常温での組み付けクリアランス４を胴型６と固定型７の組み付けクリアランス５より大きく設定していたため、固定型２と摺動型３の同軸度を高い精度で実現するためにこの組み付けクリアランス４，５を小さくすればする程成形温度でのクリアランス４，５が小さくなってしまい、摺動型３の摺動性を劣化させる原因となっていた。

しかし、この一実施の形態の構成のように摺動型９の線熱膨張係数を胴型６の線熱膨張係数より小さくすることで組み付け温度（常温）における胴型６に対する摺動型９の組み付けクリアランス１１を胴型６に対する固定型７の組み付けクリアランス１０と一致させることで組み付け時における固定型７と摺動型９の組み付け精度が高く出来ると共に、成形温度にまで昇温させた状態においては摺動型９より胴型６の熱膨張が大きくなるため、この部分におけるクリアランス１１が組み付け時より大きくなり、結果として胴型６に対する摺動型９の摺動性が劣化しない構造となっているのである。

なお、摺動型９の摺動制御は成形装置のシリンダーヘッド（図示せず）で行うものであり、シリンダーヘッドの摺動精度は非常に高い精度で常に安定していることから、固定型７と摺動型９の同軸度は金型の組み付け段階において決定されるので、組み付け温度（常温）で固定型７に対する摺動型９の同軸度を確保することで、成形温度まで昇温され胴型６と摺動型９の組み付けクリアランス１１が広がったとしても同軸度に影響を及ぼすことはない。

また、固定型７は胴型６を介して成形装置のシリンダーヘッドに固定されるため、固定型７は成形温度において胴型６の貫通孔の内壁面により位置決めされる必要があり、固定型７の線熱膨張係数を胴型の線熱膨張係数より大きくする必要があるのである。

また、胴型６の構造として二重構造は三重構造といった多重胴型構造が知られているが、本発明の効果は固定型７や摺動型９が挿入される最内側の胴型との関係が上記構成を満たすことで同様の作用効果が得られる。

光学素子の成形温度における固定型と摺動型の同軸度を高い精度で確保しつつ光学素子の成形温度での摺動型の摺動性が確保でき、結果として光学素子の生産性を高めることができ、光学素子を製造する方法に用いることにより有用となるものである。

本発明の一実施の形態における光学素子成形用金型を示す断面図 従来の形態における光学素子成形用金型を示す断面図

符号の説明

６ 胴型
７ 固定型
９ 摺動型
１０，１１ 組み付けクリアランス

Claims (1)

1. 光学素材を加熱加圧成形して光学素子を形成する光学素子成形用金型であって、前記光学素子成形用金型は、貫通孔を有する胴型と、前記貫通孔の一端側に挿入固定される固定型と、前記貫通孔の他端側から摺動可能に挿入する摺動型を備え、前記光学素子成形用金型の組み付け時における前記固定型と胴型の組み付けクリアランスを前記摺動型と胴型の組み付けクリアランスと同等に設定すると共に、前記固定型の線熱膨張係数をＡ、前記摺動型の線熱膨張係数をＢ、前記胴型の線熱膨張係数をＣとした時にＡ＞Ｃ＞Ｂの関係を満たすことを特徴とした光学素子成形用金型。

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