JP2010222221A - 光学素子の成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品の成形条件均一化を達成する光学素子の成形用金型を提供する。
【解決手段】光学素子材料に対し成形を行うには、金型組１５をＩＮポートロードロック室１２に投入し、真空引きした後、窒素置換を行い、成型室８内に投入される。図示しない前記搬送ユニットにより、成型室に投入された金型組は、加熱ゾーン、プレスゾーン、冷却ゾーンヘと順次搬送され、成形が行われる。冷却された金型組は、ＯＵＴポートロードロック室１３へと搬送され、成型室から取り出される。この金型組の上金型と下金型の外周面には、予め、耐酸化性皮膜が均一になるよう施されている。この耐酸化性皮膜の種類として、耐熱性が十分であれば、皮膜の色は特に問題にはならないが、酸化皮膜のように暗色好ましくは黒色とすることで、赤外線吸収率は向上するため、より少ない電力で目標温度まで加熱することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は光学素子素材を加熱軟化させてプレス成型する光学素子成形用金型に係り、特にその精度向上に関する。

特許文献１には、一対の上金型と下金型の間に光学素子素材が置かれた金型組に対して、加熱、加圧成形、冷却のプロセスがそれぞれ別々の場所にておこなわれる成形装置が開示されており、金型を効率良く加熱し、且つ高速、均一に加熱することのでき、このガラス成形装置では、上金型と下金型の間にガラス素材が置かれた金型組を、加熱、加圧して成形するガラス成形装置において、上記ガラス素材が置かれた金型組を囲む近傍に移動され、非接触で加熱する加熱手段を具備するものである。

またこのガラス成形装置は、省電力で且つ高精度な加熱を実現することが可能となり、従来では成形が困難であった大型レンズや形状の複雑なレンズ等を安定的且つ高精度に成形することが可能となり、金型の破損も従来に比較して少なくすることが可能となるものである。

この特許文献１示されるように、複数の金型組の加熱に輻射熱を利用した非接触加熱装置を使用する場合、各金型組の外周面の状態により、輻射熱の吸収率が異なる。そのため、複数の金型組を使用する場合、それぞれで吸収率が異なるため、厳密には成形条件が一定とはならない。各金型組の材質や使用の履歴、状況によって、表面の酸化度合いも変化し、均一な黒色とはならない場合もある。

特に、新しい金型組の場合、光沢があるため、吸収率よりも反射率が高く、金型組の温度が上がりにくいが、使用するにつれて、表面が酸化し、不均一に変色し、反射率より吸収率が高くなる。そのため、金型の温度が上がりやすくなりしたがって、成形条件が変化する。このことは、金型組を交換する度に、成形条件を調整する必要があり、調整に手間がかかることを意味する。

特に、引用文献１のような、加熱、加圧成形、冷却の各プロセスステージヘと金型組を順次搬送し成形を行う成形装置においては、金型組が各プロセスステージに滞留する時間は同一であるため、加熱時間は同じであり、同一条件で複数の金型を同時にかつ連続的に使用するため、金型組毎の輻射熱吸収率の違いにより、加熱温度が安定せず、結果として成形品の厚さ精度や面精度が安定しないということが問題となる。

また、通常、生産性を向上させるため、金型組は連続的に投入されるため、複数の金型組が成形室内に投入されることになる。
新しい金型組を使用する場合、前述したように、外周面もある程度研磨加工を行うため、鏡面に近い状態となるが、使用するにつれて、酸化により変色してくる。
赤外線ランプヒータを使用した輻射加熱を行う場合、金型組外周面の状態によって赤外線の吸収率が変わり、金型の温まり方が大きく変わる。そのため、これまで使用していた金型組と、新しい金型組とでは、成形条件が大きく変わってしまう。また、酸化による変色は均一なものではなく、金型組毎でムラがあるため、金型組毎での加熱ムラが発生してしまう。

また、本発明のテストによると、引用文献１に開示されたものでは、成形室内に複数の金型組を連続的に投入する装置構成上から、各金型組とも同一の成形条件にしなければならず、新旧の金型組を同時に使用すると新旧の金型組では、加熱条件でおよそ１０℃の差があり、例えば外形６ｍｍ、厚さ２．３５ｍｍのレンズを成形する場合で、且つ黒色の金型組のみで連続成形したときには、成形品の厚さ精度は目標値±２〜４μｍの範囲に入るが、そこに新しい金型組を入れると、成形品の厚さは目標値±１０〜２０μｍの範囲か、それ以上の悪い結果となってしまう。

これを回避するため、新しい金型組の外周面が、ほかの金型組と同色になるまで、光学素子材料を入れずにカラの成形を行う必要があった。その場合、金型組の成形面に施してある離型膜を傷めることなく、外周面のみ酸化させる必要があるため、安定して連続成形が出来るまでには、非常に時間がかかるという問題がある。

特開２００７−１３１４８９号公報

本発明者は、上述した特許文献１に開示された成形装置における種々の問題点を解決せんとして鋭意研究、検討した結果、同一の光学素子を成形するための複数の金型組の外周面の輻射熱吸収率が同一で且つ使用により変化しないようにすることで前記問題点が基本的に解決できることに着眼した。

したがって、本発明の目的は、同一の光学素子を成形するための複数の金型組外周面の輻射熱吸収率が同一で且つ使用により変化しないようにするため、予め各金型組外周面に均一に皮膜を形成して成形品に対する成形条件の均一化を達成する光学素子の成形用金型を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明による光学素子の成形用金型は、
上金型と下金型の間に光学素子材料が置かれた金型組を加熱、加圧成形、冷却
の各プロセスステージヘと搬送し光学素子を成形する、輻射熱による非接触加熱装置を
具備する成形装置において使用されるものであって、
輻射熱エネルギー吸収率が均一で且つ使用による前記吸収率の低下が実質的に無視できる皮膜が前記上金型と下金型の外周面に形成されていることを特徴とする。
その場合、前記金型外周面には輻射熱エネルギー吸収率の高い黒色の処理を均一に
施すことが好ましい。
またその場合、前記金型組の外周面に施す均一な処理として、酸化皮膜若しくは耐酸
化性皮膜を形成することができる。

本発明によれば、光学素子の成形用金型である各金型組の外周面に輻射熱エネルギー吸収率が均一で且つ使用による前記吸収率の低下が実質的に無視できる皮膜が形成されているので、成形される光学素子の成形条件は各金型組で変化することがなく高精度の成形品を連続的に生産することが可能となり、さらに、連続的に成形を行う際の成形品精度の安定性が向上し、不良品数の削減、良品率の向上等の効果が期待できる。
また、前記皮膜を酸化皮膜若しくは耐酸化性皮膜からなる黒色の輻射熱エネルギー吸収率の高い皮膜とすることにより前記輻射熱による非接触加熱装置の発生するエネルギーを効率的に利用することが可能となる。

本発明による成形用金型を用いて光学素子を成形する成形装置の構成図である。 外周面に耐酸化性皮膜を形成した一対の金型組の断面図である。

以下、本発明の好適な実施例について図１、２により説明する。図１は、本発明による成形用金型を用いる光学素子成型装置を示す。この光学素子成型装置は、成型室８、１Ｎポートロードロック室(置換室)１２、ＯＵＴポートロードロック室(置換室)１３、真空ポンプ３０、および窒素ガス供給ユニット４０とから構成されている。なお、本実施例では、窒素ガスを不活性ガスとして用いている。

成型室８の内部には、加熱ゾーンを形成するプレート１と赤外線ランプヒータ２２を備えた加熱ユニット４、プレスゾーンを形成するプレート２、５、冷却ゾーンを形成するプレート３、６、取り入れゾーンを形成する１Ｎポートテーブル９、及び取り出しゾーンを形成するＯＵＴポートテーブルｌ０がそれぞれ設けられている。各プレート１、２、３およびＯＵＴポートテーブルｌ０上には、一対の金型組１５が配置されており、各金型組１５は図の左方から順次各処理ステージを経て右方へ搬送される。なお、参照符号２ａ、５ａはプレート２、５にそれぞれ埋設されたシースヒータである。また、参照符号７ａ、７ｂは昇降用エアシリンダ、同１１ａ、１１ｂは前記テーブル９、１０の昇降用シリンダである。参照符号２０はプレス用としてプレート５の上下方向位置を制御するサーボモータを含むサーボユニットである。

前記各ステージから隣接ステージへの金型組１５の移送は図示しないが、例えば引用文献１の図２に示すような金型搬送ユニットを用いることができる。
図２は、金型組１５の１例を示す。同金型組１５は、通常、上金型１６と下金型１８と、位置決め用の部品で構成されており、図２の例ではピン１７により位置決めを行う。参照符号１９は成型前の光学素子材料である。この金型組１５の上金型１６と下金型１８の外周面には、予め、耐酸化性皮膜が均一になるよう施されている。この耐酸化性皮膜の種類として、耐熱性が十分(成形温度以上)であれば、皮膜の概観(色)は特に問題にはならないが、酸化皮膜のように暗色好ましくは黒色とすることで、赤外線の吸収率は大きく向上するため、より少ない電力で目標温度まで短時間に加熱することが可能となる。

光学素子材料１９に対し成形を行うには、金型組１５をＩＮポートロードロック室１２に投入し、真空引きした後、窒素置換を行い、成型室８内に投入される。図示しない前記搬送ユニットにより、成型室８に投入された金型組１５は、加熱ゾーン、プレスゾーン、冷却ゾーンヘと順次搬送され、成形が行われる。冷却された金型組１５は、ＯＵＴボートロードロック室１３へと搬送され、成型室８から取り出される。通常、生産性を向上させるため、金型組１５は連続的に投入されるため、図１に示すように、複数の金型組１５が成形室８内に投入され、各ゾーンでの金型組１５の滞留時間は同一である。

以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されない。当業者であれば、これら図面に開示された好適実施例を種々変形することができる。

１、２、３、５、６ プレート
４ 赤外線ランプヒータユニット
７ａ、７ｂ エアシリンダ
８ 成型室
９ ＩＮポートテーブル
１０ ＯＵＴポートテーブル
１１ａ、１１ｂ テーブル昇降シリンダ
１２ ＩＮボートロードロック室、
１３ ＯＵＴポートロードロック室
１５ 金型組
１６ 上金型
１７ 位置決めピン
１８ 下金型
２０ サーボモータユニット
２２ 赤外線ランプヒータ
３０ 真空ポンプ
４０ 窒素ガス供給ユニット・

Claims (3)

1. 上金型と下金型の間に光学素子材料が置かれた金型組を加熱、加圧成形、冷却の各プロセスステージヘと搬送し光学素子を成形する、輻射熱による非接触加熱装置を具備する成形装置において使用されるものであって、
   輻射熱エネルギー吸収率が均一で且つ使用による前記吸収率の低下が実質的に無視できる皮膜が前記上金型と下金型の外周面に形成されている光学素子の成形用金型。
2. 前記金型外周面には輻射熱エネルギー吸収率の高い処理を均一に施されている請求項1記載の光学素子の成形用金型。
3. 前記皮膜は酸化皮膜若しくは耐酸化性皮膜からなる黒色の輻射熱エネルギー吸収率の高い皮膜とすることにより前記輻射熱による非接触加熱装置の発生するエネルギーを効率的に利用することが可能である請求項１または２記載の光学素子の成形用金型。

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