JP2019059635A - 光学素子の成形方法および光学素子成形用金型 - Google Patents
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Abstract
Description
成形装置1は、加熱軟化させた成形素材(例えばガラス素材)Mをプレス成形することにより光学素子(例えばガラスレンズ)を成形するものである。成形装置1は、図1に示すように、型セット(光学素子成形用金型)10と、ガス置換室20と、成形室30と、を主に備えている。
本発明の実施の形態1に係る型セット10の構成について、図1〜図4を参照しながら説明する。型セット10は、図1に示すように、上型11と、下型12と、側面型13と、スリーブ14と、を備えている。
以下、型セット10を用いた光学素子の成形方法について、図1、図5〜図7を参照しながら説明する。本実施の形態に係る光学素子の成形方法は、配置工程と、ガス置換工程と、加熱工程と、プレス成形工程と、冷却工程と、押し上げ工程と、取り出し工程と、をこの順番で行う。
配置工程では、図5に示すように、スリーブ14内において、前記した図3と同様に、下型12の凸部122の上面122aに対して、側面型13の本体部131の下面131bが当て付くように下型12および側面型13を配置する。また、側面型13の貫通孔133内に下面成形面12aが位置するように、下型12を側面型13の貫通孔133に挿入する。
ガス置換工程では、スリーブ14内に上型11、下型12、側面型13および成形素材Mが配置された型セット10を、図1に示した成形装置1のガス置換室20に搬送する。そして、図5に示すように、側面型13の貫通孔133外に上型11の上面成形面11aが位置している状態で、ガス置換室20全体の空気を不活性ガス(例えば窒素ガス)で置換する。これにより、スリーブ14の貫通孔14aから型セット10内に窒素ガスを導入し、成形素材Mが配置された側面型13の貫通孔133内の空気を窒素ガスで置換する。
加熱工程では、窒素置換後の型セット10を、図1に示した成形装置1の成形室30に搬送する。そして、成形室30に搬送された型セット10を上プレート31および下プレート32で挟み、当該型セット10と、側面型13の貫通孔133内に配置された成形素材Mと、を成形素材Mの屈伏点以上の温度に加熱する。
プレス成形工程では、図示しない押圧機構によって押圧ピン33(図1参照)を上昇させ、側面型13および下型12を上昇させる。プレス成形工程は、具体的には図6に示すように、下型12の凸部122の上面122aに対して、側面型13の本体部131の下面131bが当て付いている状態で実施する。これにより、側面型13の貫通孔133内における下面成形面12aの位置を所定位置に保持した状態で、側面型13および下型12を上型11に対して一体的に移動させ、上型11および下型12によって成形素材Mをプレス成形する。
冷却工程では、型セット10を100℃程度まで冷却した後、成形装置1の外に搬送する。そして、成形装置1の外で室温近傍までさらに型セット10を冷却する。
押し上げ工程では、図7に示すように、まず型セット10から上型11を除去する。続いて、側面型13の貫通孔133内において、プレス成形工程における位置よりも相対的に高い位置であって、かつ成形後の光学素子Oの少なくとも一部が側面型13の本体部131の上面131aから突出する位置に、下型12の下面成形面12aを移動させる。
取り出し工程では、図7に示すように、側面型13の貫通孔133の外に押し出された光学素子Oを、吸着治具70を用いて型セット10から取り出す。
本発明の実施の形態1の変形例に係る型セットの構成について、図8〜図10を参照しながら説明する。なお、本変形例に係る型セットにおいて、下型12Aおよび側面型13A以外の構成は前記した型セット10(図5参照)と同様である。従って、以下では下型12Aおよび側面型13A以外の構成については図示および説明を省略する。また、本変形例に係る型セットを用いて光学素子Oを成形する場合、型セット10と同様に前記した成形装置1(図1参照)を用いる。
本発明の実施の形態2に係る型セット10Aの構成について、図11〜図14を参照しながら説明する。なお、図12は、型セット10Aを、図11に示したX−X方向で切断した場合の断面形状を示している。型セット10Aは、図11および図12に示すように、上型11と、下型12Bと、側面型13Bと、スリーブ14Aと、スペーサ15と、を備えている。
以下、型セット10Aを用いた光学素子Oの成形方法について、図12〜図14を参照しながら説明する。本実施の形態に係る光学素子Oの成形方法は、配置工程と、ガス置換工程と、加熱工程と、プレス成形工程と、冷却工程と、押し上げ工程と、取り出し工程と、をこの順番で行う。なお、上記工程のうち、ガス置換工程、加熱工程、冷却工程および取り出し工程は、実施の形態1に係る光学素子Oの成形方法と同様であるため、説明を省略する。また、本実施の形態に係る光学素子Oの成形方法は、実施の形態1と同様に、成形装置1(図1参照)を用いて行う。
配置工程では、図12に示すように、側面型13Bと下型12Bとの間にスペーサ15を装着する。そして、側面型13Bの貫通孔133内に下面成形面12aが位置するように、下型12Bを側面型13Bの貫通孔133に挿入する。
プレス成形工程では、図示しない押圧機構によって押圧ピン33(図1参照)を上昇させ、側面型13B、スペーサ15および下型12Bを上昇させる。プレス成形工程は、具体的には図13に示すように、側面型13Bと下型12Bとの間にスペーサ15を装着した状態で実施する。これにより、側面型13Bの貫通孔133内における下面成形面12aの位置を所定位置に保持した状態で、側面型13B、スペーサ15および下型12Bを上型11に対して一体的に移動させ、上型11および下型12Bによって成形素材Mをプレス成形する。
押し上げ工程では、図14に示すように、まず型セット10Aから上型11を除去する。続いて、側面型13Bと下型12Bとの間に装着されたスペーサ15を除去することにより、側面型13Bの貫通孔133内において、プレス成形工程における位置よりも相対的に高い位置であって、かつ成形後の光学素子Oの少なくとも一部が側面型13Bの上面131aから突出する位置に、下型12Bの下面成形面12aを移動させる。
本発明の実施の形態2の変形例に係る型セットの構成について、図15を参照しながら説明する。なお、本変形例に係る型セットにおいて、スペーサ15A以外の構成は前記した型セット10A(図12参照)と同様である。従って、以下ではスペーサ15A以外の構成については図示および説明を省略する。また、本変形例に係る型セットを用いて光学素子Oを成形する場合、型セット10Aと同様に前記した成形装置1(図1参照)を用いる。
本発明の実施の形態3に係る型セット10Bの構成について、図16〜図19を参照しながら説明する。型セット10Bは、図16および図17に示すように、上型11と、下型12Cと、側面型13Bと、スリーブ14と、弾性部材16と、を備えている。なお、型セット10Bにおいて、下型12Cおよび弾性部材16以外の構成は前記した型セット10,10A(図5および図12参照)と同様である。従って、以下では下型12Cおよび弾性部材16以外の構成については説明を省略する。
以下、型セット10Bを用いた光学素子Oの成形方法について、図17〜図19を参照しながら説明する。本実施の形態に係る光学素子Oの成形方法は、配置工程と、ガス置換工程と、加熱工程と、プレス成形工程と、冷却工程と、押し上げ工程と、取り出し工程と、をこの順番で行う。なお、上記工程のうち、ガス置換工程、加熱工程、冷却工程および取り出し工程は、実施の形態1に係る光学素子Oの成形方法と同様であるため、説明を省略する。また、本実施の形態に係る光学素子Oの成形方法は、実施の形態1と同様に、成形装置1(図1参照)を用いて行う。
配置工程では、図17に示すように、側面型13Bと下型12Cとの間に弾性部材16を配置する。そして、側面型13Bの貫通孔133内に下面成形面12aが位置するように、下型12Cを側面型13Bの貫通孔133に挿入する。すなわち、下型12Cの上に配置された弾性部材16は、側面型13Bの重さで縮んだ状態となるが、その際に下型12Cの下面成形面12aが貫通孔133内に位置するように予め設計する。
プレス成形工程では、図示しない押圧機構によって押圧ピン33(図1参照)を上昇させ、側面型13B、弾性部材16および下型12Cを上昇させる。プレス成形工程は、具体的には図18に示すように、側面型13Bと下型12Cとの間に弾性部材16を配置した状態で実施する。これにより、側面型13Bの貫通孔133内における下面成形面12aの位置を所定位置に保持した状態で、側面型13B、弾性部材16および下型12Cを上型11に対して一体的に移動させ、上型11および下型12Cによって成形素材Mをプレス成形する。
押し上げ工程では、図19に示すように、まず型セット10Bから上型11を除去する。続いて、側面型13Bを押し下げて弾性部材16を縮ませることにより、側面型13Bの貫通孔133内において、プレス成形工程における位置よりも相対的に高い位置であって、かつ成形後の光学素子Oの一部が側面型13Bの上面131aから突出する位置に、下型12Cの下面成形面12aを移動させる。
10,10A,10B 型セット(光学素子成形用金型)
11,61 上型
11a,61a 上面成形面
111 凸部
12,12A,12B,12C,62 下型
12a,62a 下面成形面
121,121A,121B,121C 本体部
121a 上面
122,122C 凸部
122a 上面
123 凸部
124 凹部
124a 底面
13,13A,13B,63 側面型
13a,63a 側面成形面
131,131A 本体部
131a 上面
131b 下面
132 凹部
132a 底面
133 貫通孔
134 凸部
134a 下面
14,14A スリーブ
14a,14b 貫通孔
15,15A スペーサ
151 切欠き
152,153 スペーサ片
154 貫通孔
16 弾性部材
20 ガス置換室
30 成形室
31 上プレート
32 下プレート
33 押圧ピン
70 吸着治具
D1 直径
D2 距離
M 成形素材
O 光学素子
Claims (11)
- 上面成形面を有する上型と、下面成形面を有する下型と、側面成形面となる貫通孔が形成された側面型と、を備える型セットによって光学素子を成形する光学素子の成形方法において、
前記側面型の貫通孔内に前記下面成形面が位置するように、前記下型を前記側面型の貫通孔に挿入した後、前記下面成形面に成形素材を配置する配置工程と、
前記側面型の貫通孔内に配置された前記成形素材を加熱する加熱工程と、
前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置を所定位置に保持した状態で、前記側面型および前記下型を前記上型に対して一体的に移動させ、前記上型および前記下型によって前記成形素材をプレス成形するプレス成形工程と、
前記側面型の貫通孔内において、前記所定位置よりも高い位置であって、かつ成形後の前記光学素子の一部が前記側面型の上面から突出する位置に前記下面成形面を移動させ、前記光学素子を押し上げる押し上げ工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の成形方法。 - 前記下型および前記側面型の互いに対向する面には、互いに嵌合可能な段差形状が形成されており、
前記押し上げ工程は、前記下型の段差形状に対する前記側面型の段差形状の向きを、段差形状同士が嵌合する向きに切り替えることにより、前記側面型の貫通孔内において前記下面成形面を移動させ、前記光学素子を押し上げることを特徴とする請求項1に記載の光学素子の成形方法。 - 前記下型および前記側面型の互いに対向する面のうち、一方には凸部が、他方には前記凸部に対応する形状の凹部が形成されており、
前記プレス成形工程は、前記下型または前記側面型における前記凸部に対して、前記下型または前記側面型における前記凹部が形成されていない面が当て付いている状態で実施し、
前記押し上げ工程は、前記下型または前記側面型を回転させて、前記下型または前記側面型における前記凸部に対して、前記下型または前記側面型における前記凹部を当て付けることにより、前記側面型の貫通孔内において前記下面成形面を移動させ、前記光学素子を押し上げることを特徴とする請求項2に記載の光学素子の成形方法。 - 前記型セットは、前記側面型と前記下型との間に、着脱可能なスペーサを備え、
前記プレス成形工程は、前記側面型と前記下型との間に前記スペーサを装着することにより、前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置を前記所定位置に保持した状態で、前記側面型および前記下型を前記上型に対して一体的に移動させ、前記上型および前記下型によって前記成形素材をプレス成形し、
前記押し上げ工程は、前記側面型と前記下型との間に装着された前記スペーサを除去することにより、前記側面型の貫通孔内において、前記所定位置よりも高い位置であって、かつ成形後の前記光学素子の一部が前記側面型の上面から突出する位置に前記下面成形面を移動させ、前記光学素子を押し上げることを特徴とする請求項1に記載の光学素子の成形方法。 - 前記型セットは、前記側面型と前記下型との間に弾性部材を備え、
前記プレス成形工程は、前記下型によって、前記弾性部材を介して前記側面型を押し上げることにより、前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置を前記所定位置に保持した状態で、前記側面型および前記下型を前記上型に対して一体的に移動させ、前記上型および前記下型によって前記成形素材をプレス成形し、
前記押し上げ工程は、前記弾性部材を縮ませることにより、前記側面型の貫通孔内において、前記所定位置よりも高い位置であって、かつ成形後の前記光学素子の一部が前記側面型の上面から突出する位置に前記下面成形面を移動させ、前記光学素子を押し上げることを特徴とする請求項1に記載の光学素子の成形方法。 - 前記加熱工程の前に、前記側面型の貫通孔外に前記上面成形面が位置している状態で、前記側面型の貫通孔内の空気を不活性ガスで置換するガス置換工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
- 前記ガス置換工程において、前記側面型の上面と前記上面成形面との距離は、前記成形素材の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項6に記載の光学素子の成形方法。
- 光学素子を成形するための光学素子成形用金型において、
上面成形面を有する上型と、
側面成形面となる貫通孔が形成された側面型と、
前記側面型の貫通孔内に配置される下面成形面を有する下型と、
を備え、
前記下型は、
前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置が所定位置に保持された状態で、前記側面型と一体的に前記上型に対して移動する状態と、
前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置が、前記所定位置よりも高い位置であって、かつ前記側面型の上面近傍の位置となるように、前記上型に対して移動する状態と、
をとり得ることを特徴とする光学素子成形用金型。 - 前記下型および前記側面型の互いに対向する面のうち、一方には凸部が、他方には前記凸部に対応する形状の凹部が形成されており、
前記下型は、
前記下型または前記側面型における前記凸部に対して、前記下型または前記側面型における前記凹部が形成されていない面が当て付いている場合、前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置が前記所定位置に保持された状態をとり、
前記下型または前記側面型における前記凸部に対して、前記下型または前記側面型における前記凹部が当て付いている場合、前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置が、前記所定位置よりも高い位置であって、かつ前記側面型の上面近傍の位置となるように、前記上型に対して移動する状態をとることを特徴とする請求項8に記載の光学素子成形用金型。 - 前記側面型と前記下型との間に、着脱可能なスペーサを備え、
前記下型は、
前記側面型と前記下型との間に前記スペーサが装着されている場合、前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置が前記所定位置に保持された状態をとり、
前記側面型と前記下型との間に前記スペーサが装着されていない場合、前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置が、前記所定位置よりも高い位置であって、かつ前記側面型の上面近傍の位置となる状態をとることを特徴とする請求項8に記載の光学素子成形用金型。 - 前記側面型と前記下型との間に弾性部材を備え、
前記下型は、
前記弾性部材を介して前記側面型が押し上げられている場合、前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置が前記所定位置に保持された状態をとり、
前記弾性部材が縮んでいる場合、前記側面型の貫通孔内における前記下面成形面の位置が、前記所定位置よりも高い位置であって、かつ前記側面型の上面近傍の位置となる状態をとることを特徴とする請求項8に記載の光学素子成形用金型。
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