JP2011177924A

JP2011177924A - 光学素子の成形装置

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Publication number: JP2011177924A
Application number: JP2010041887A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Oishi; 哲史大石
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】金型調整の手間が不要でありながら、高精度な成形を行える光学素子の成形装置を提供する。
【解決手段】型締め時に、突き出した第１の入れ子１２の突き当て面１２ｃが、第２の入れ子２２の突き当て面２２ｃに突き当たると、面同士が倣うようになるため、第２の入れ子２２に対して第１の入れ子１２が傾くようなモーメントを受ける。第１の入れ子１２は、第１の金型部材１１に対してコイルスプリング１４により傾き可能に支持されているので、かかるモーメントに従いコイルスプリング１４の付勢力に抗して傾くが、突き当て面１２ｃ、２２ｃが光軸Ｘ１，Ｘ２に対して直交しているので、これにより光軸Ｘ１，Ｘ２を整列させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子の成形装置に関し、特に高精度な光学素子の成形に好適な成形装置に関する。

樹脂の射出成形に光学素子を成形すると、高精度な形状を有する光学素子を大量生産できるというメリットがある。ところで、通常は、それぞれ成形転写面を有する一対の金型を用いて光学素子を成形するが、成形転写面の光軸が傾いた状態で成形を行うと、成形された光学素子を通過する光束にコマ収差が発生する恐れがある。これに対し特許文献１には、シフト調整手段とチルト調整手段と固定手段とを、いずれか一方の金型に備えた構成が開示されている。

特開平０８−２５９２４５号公報

特許文献１の技術によれば、チルト手段を用いることで作業者が金型のチルトを調整できるが、構成が複雑であると共に、調整の手間がかかるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、金型調整の手間が不要でありながら、高精度な成形を行える光学素子の成形装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の成形装置は、第１の成形転写面及び第１の突き当て面を備えた第１の入れ子と、前記第１の入れ子を保持する第１の金型部材と、前記第１の成形転写面及び第１の突き当て面に対向して第２の成形転写面及びと第２の突き当て面を備えた第２の入れ子と、前記第２の入れ子を保持する第２の金型部材とを有する光学素子の成形装置において、
前記第１の金型部材に対して前記第１の入れ子が、前記第１の成形転写面の光軸を傾け可能に支持されており、
型締め時に、前記第１の突き当て面と前記第２の突き当て面が当接することにより、前記第１の成形転写面の光軸と前記第２の成形転写面の光軸とが整列することを特徴とする。

本発明によれば、例えば前記第１の突き当て面に対して前記第１の成形転写面の光軸を直交させ、前記第２の突き当て面に対して前記第２の成形転写面の光軸を直交させておけば、前記第１の突き当て面と前記第２の突き当て面を当接させることにより、前記第１の成形転写面の光軸と前記第２の成形転写面の光軸とが自然に整列するので、光軸の傾きを調整する必要がなく、高精度な光学素子の成形を行うことができる。

請求項２に記載の光学素子の成形装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１の金型部材と前記第１の入れ子との間に弾性体が配置されていることを特徴とする。前記弾性体が弾性変形することで、前記第１の金型部材に対して前記第１の入れ子が傾き可能となるため、前記第１の突き当て面と前記第２の突き当て面を当接させることにより、前記第１の成形転写面の光軸と前記第２の成形転写面の光軸とを整列させることができる。尚、以上に加えて前記第２の金型部材と前記第２の入れ子との間に弾性体を配置しても良い。

請求項３に記載の光学素子の成形装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記弾性体は金属であることを特徴とする。これにより十分な耐久力を確保できる。但し、弾性体は樹脂やゴム、セラミック等でも良い。又、固体の弾性体の代わりに、静圧軸受等を用いて流体を介して支持しても良い。

請求項４に記載の光学素子の成形装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１の金型部材の端面から前記第１の入れ子の前記第１の突き当て面が突出していることを特徴とする。これにより型締め時に前記第１の突き当て面と前記第２の突き当て面を当接させることができる。

請求項５に記載の光学素子の成形装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第２の金型部材の端面から前記第２の入れ子の前記第２の突き当て面が突出していることを特徴とする。これにより型締め時に前記第１の突き当て面と前記第２の突き当て面を当接させることができる。

請求項６に記載の光学素子の成形装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１の成形転写面は、一体加工又は同時加工された第１の光学面成形面と第１のフランジ成形面とを有することを特徴とする。これにより高精度な成形転写面を得ることができる。尚、「一体加工」とは、入れ子が１部品からなり、光学面成形面とフランジ成形面とを連続して加工することをいい、「同時加工」とは、入れ子が複数の部品からなり、複数の部品を入れ子として組み付けた状態で、光学面成形面とフランジ成形面とを連続して加工することをいう。加工難易度や構造に応じて、必要な入れ子を選択できる。

請求項７に記載の光学素子の成形装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記第２の成形転写面は、一体加工又は同時加工された第２の光学面成形面と第２のフランジ成形面とを有することを特徴とする。これにより高精度な成形転写面を得ることができる。

請求項８に記載の光学素子の成形装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記第１の金型部材が固定され、前記第２の金型部材が移動することを特徴とする。

請求項９に記載の光学素子の成形装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記第２の金型部材が固定され、前記第１の金型部材が移動することを特徴とする。

請求項１０に記載の光学素子の成形装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記第１の成形転写面と前記第２の成形転写面の光軸は、型締め前に０．０４°以下の角度で傾いていることを特徴とする。金型加工公差もしくは組み付け誤差に起因して０．０３°前後の光軸の傾きが予想されるので、本発明により、かかる不具合を解消できる。

本発明によれば、金型調整の手間が不要でありながら、高精度な成形を行える光学素子の成形装置を提供することができる。

第１実施の形態である成形装置の断面図であり、かかる成形装置を用いて成形する工程を示している。第２実施の形態である成形装置の断面図である。第３実施の形態である成形装置の断面図であり、かかる成形装置を用いて成形する工程を示している。第４実施の形態である成形装置の断面図であり、かかる成形装置を用いて成形する工程を示している。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、光学素子としてのレンズを、成形装置を用いて成形する工程を示す図である。成形装置は、第１の型１０と第２の型２０とを含む。尚、以下の図面中の金型部材と入れ子間の隙間は誇張して示している。

第１の型１０は、貫通した開口１１ａを有する第１の金型部材１１と、開口１１ａ内に配置され、一端側に光学面転写面１２ａとフランジ転写面１２ｂと突き当て面１２ｃとを一体加工で形成した円筒状の第１の入れ子１２と、開口１１ａの端部を閉止する第１のホルダ１３と、開口１１ａ内において第１のホルダ１３と第１の入れ子１２との間に配置された弾性体であるコイルスプリング１４とを有する。第１の入れ子１２の端面は、第１の金型部材１１の端面から突き出している。突き当て面１２ｃは、光学面転写面１２ａにおける光軸Ｘ１に対して直交している。開口１１ａの内径に対し、第１の入れ子１２の外径は小さく、開口１１ａ内で第１の入れ子１２は傾き可能となっている。

一方、第２の型２０は、貫通した開口２１ａを有する第２の金型部材２１と、開口２１ａ内に配置され、第１の入れ子１２に対向する端部側に、光学面転写面２２ａとフランジ転写面２２ｂと突き当て面２２ｃとを一体加工で形成した円筒状の第２の入れ子２２と、開口２１ａの端部を閉止する第２のホルダ２３とを有する。突き当て面２２ｃは、光学面転写面２２ａにおける光軸Ｘ２に対して直交している。開口２１ａに対し第２の入れ子２２は嵌合しており、従って開口２１ａ内で第２のホルダ２３により第２の入れ子２２は位置を固定されている。

ここで、第１の型１０は固定され、第２の型２０が不図示の油圧シリンダ等により可動され、第１の型１０に対して光軸方向（図１で左右方向）に相対移動可能となっている。

次に、本実施の形態の成形装置を用いた光学素子の成形方法について説明する。ここでは、図１に示すように、固定された第２の金型部材２１に固定された第２の入れ子２２の光学面転写面２２ａにおける光軸Ｘ２は、第１の入れ子１２の光学面転写面１２ａにおける光軸Ｘ１に対して角度θで傾いているものとする。一般的には、金型加工公差もしくは組み付け誤差に起因して０．０３°前後の光軸の傾きが予想される。但し、第１の型１０と第２の型２０の光軸直交方向の位置決めは精度良く行われているものとする。

まず、第２の型２０に対向するようにして第１の型１０をセットする。かかる初期状態では、光軸Ｘ２と光軸Ｘ１は傾いたままである。その後、図１（ｂ）に示すように、第２の型２０に対して第１の型１０を相対的に接近させ密着させて、所定の保圧にて型締めを行う。

このとき、金型部材１１，１２の端面同士が突き当たる前に、第１の入れ子１２の突き当て面１２ｃが、第２の入れ子２２の突き当て面２２ｃに突き当たり、これにより面同士が倣うようになるため、第２の入れ子２２に対して第１の入れ子１２が傾くようなモーメントを受ける。第１の入れ子１２は、第１の金型部材１１に対してコイルスプリング１４により傾き可能に支持されているので、かかるモーメントに従いコイルスプリング１４の付勢力に抗して傾くが、突き当て面１２ｃ、２２ｃが光軸Ｘ１，Ｘ２に対して直交しているので、これにより光軸Ｘ１，Ｘ２を整列させることができる。従って、光学面転写面１２ａ、２２ａが同軸に整列することとなる。

更に第１の型１０と第２の型２０とを不図示のヒータにより加熱することにより、型締め時点での光学面転写面１２ａ、２２ａを所定温度まで加熱した後、不図示のノズルからゲートを介して任意の圧力に加圧された状態で樹脂を供給する。

次に、溶融した樹脂が光学面転写面１２ａ、２２ａ，フランジ転写面１２ｂ、２２ｂの形状を転写した状態で固化した後、型温度を低下させて樹脂を冷却して固化させる。

その後、図１（ｃ）において、第１の型１０と第２の型２０とを相対的に移動させて型開きを行い、光学面転写面１２ａ、２２ａから形成された光学面と，フランジ転写面１２ｂ、２２ｂから形成されたフランジ部をと有する光学素子ＯＥを取り出すことができる。このとき、第２の入れ子２２に対して第１の入れ子１２が傾く方向のモーメントが消失するので、第１の入れ子１２は元の傾き角度に復帰する。

図２は、第２の実施の形態にかかる成形装置の断面図である。図２に示すように、本実施の形態においては、第１の入れ子１２が、円筒状のコア１２ｄと、コア１２ｄを嵌合したコア支持部材１２ｆの２部品から構成されており、同時加工によって、コア１２ｄの端面に光学面転写面１２ａが形成され、且つコア支持部材１２ｆの端面にフランジ転写面１２ｂと突き当て面１２ｃが形成されている。第２の入れ子２２を同様の構成としても良い。又、弾性体として、金属製の３つの円盤３１，３２，３３を開口１１ａ内において第１のホルダ１３と第１の入れ子１２との間に配置している。円盤３１，３３のヤング率は、円盤３２のヤング率より小さくなっている。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。

型締め時に、突き出した第１の入れ子１２の突き当て面１２ｃが、第２の入れ子２２の突き当て面２２ｃに突き当たると、第１の入れ子１２は、傾く方向にモーメントを受け、これにより主として円盤３２が歪むことで、第１の入れ子１２の傾きを許容するようになっている。

図３は、第３の実施の形態にかかる成形装置の断面図である。図３（ａ）に示すように、本実施の形態においては、弾性体として、第１の入れ子１２の周面と端面とを覆うようなカップ状のゴム部材３５を、開口１１ａ内において第１のホルダ１３と第１の入れ子１２との間に配置している。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。

図３（ｂ）に示す型締め時に、突き出した第１の入れ子１２の突き当て面１２ｃが、第２の入れ子２２の突き当て面２２ｃに突き当たると、第１の入れ子１２は、傾く方向にモーメントを受け、これによりゴム部材３５が歪むことで、第１の入れ子１２の傾きを許容するようになっている。

図４は、第４の実施の形態にかかる成形装置の断面図である。図４（ａ）に示すように、本実施の形態においては、弾性体として、第１の入れ子１２の周面の中央を取り巻くような管状の樹脂部材３６を、開口１１ａ内において第１のホルダ１３と第１の入れ子１２との間に配置している。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。

図４（ｂ）に示す型締め時に、突き出した第１の入れ子１２の突き当て面１２ｃが、第２の入れ子２２の突き当て面２２ｃに突き当たると、第１の入れ子１２は、傾く方向にモーメントを受け、これにより樹脂部材３６が歪むことで、第１の入れ子１２の傾きを許容するようになっている。尚、樹脂部材３６を設ける代わりに、第１の金型部材１１の内周の弾性を利用して、第１の入れ子１２の傾きを許容することもできる。

本発明によれば、簡素な構成ながら、高精度な光学素子を成形できる成形装置を提供することができるが、成形の対象は光学素子に限られず、種々の製品が対象になる。弾性体は、固定側の型に設けても良いし、固体側、可動側の双方の型に設けても良い。

１０第１の型
１１第１の金型部材
１１ａ開口
１２第１の入れ子
１２ａ光学面転写面
１２ｂフランジ転写面
１２ｃ突き当て面
１２ｄコア
１２ｆコア支持部材
１３第１のホルダ
１４コイルスプリング
２０第２の型
２１第２の金型部材
２１ａ開口
２２第２の入れ子
２２ａ光学面転写面
２２ｂフランジ転写面
２２ｃ突き当て面
２３第２のホルダ
３１〜３３円盤
３５ゴム部材
３６樹脂部材
ＯＥ光学素子
Ｘ１光軸
Ｘ２光軸

Claims

第１の成形転写面及び第１の突き当て面を備えた第１の入れ子と、前記第１の入れ子を保持する第１の金型部材と、前記第１の成形転写面及び第１の突き当て面に対向して第２の成形転写面及びと第２の突き当て面を備えた第２の入れ子と、前記第２の入れ子を保持する第２の金型部材とを有する光学素子の成形装置において、
前記第１の金型部材に対して前記第１の入れ子が、前記第１の成形転写面の光軸を傾け可能に支持されており、
型締め時に、前記第１の突き当て面と前記第２の突き当て面が当接することにより、前記第１の成形転写面の光軸と前記第２の成形転写面の光軸とが整列することを特徴とする光学素子の成形装置。
前記第１の金型部材と前記第１の入れ子との間に弾性体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
前記弾性体は金属であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子の成形装置。
前記第１の金型部材の端面から前記第１の入れ子の前記第１の突き当て面が突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の成形装置。
前記第２の金型部材の端面から前記第２の入れ子の前記第２の突き当て面が突出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子の成形装置。
前記第１の成形転写面は、一体加工又は同時加工された第１の光学面成形面と第１のフランジ成形面とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子の成形装置。
前記第２の成形転写面は、一体加工又は同時加工された第２の光学面成形面と第２のフランジ成形面とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子の成形装置。
前記第１の金型部材が固定され、前記第２の金型部材が移動することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子の成形装置。
前記第２の金型部材が固定され、前記第１の金型部材が移動することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子の成形装置。
前記第１の成形転写面と前記第２の成形転写面の光軸は、型締め前に０．０４°以下の角度で傾いていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光学素子の成形装置。