JP5412674B2 - 光学素子成形方法および光学素子成形装置 - Google Patents

Description

この発明は、光学素子を成形する光学素子成形方法および光学素子成形装置に係り、特に、プリフォームを加熱圧縮して光学素子を成形する光学素子成形方法および光学素子成形装置に関する。

レンズなどの光学素子を成形するためのプリフォームを射出成形により製造する場合、溶融樹脂を所定の射出圧力でキャビティ内に充填することでプリフォームが成形される。この射出圧力がキャビティ内に均一に拡散せずに圧力差を生じさせ、この圧力差が成形されたプリフォーム内に残って残留応力となる。
残留応力を有するプリフォームを加熱圧縮して光学素子を成形すると、プリフォームが金型内で加熱された時に残留応力が解放され、プリフォームの形状変化などの部分的な欠陥が生じる。このプリフォームの部分的な欠陥が、圧縮成形された光学素子に反映され、レンズのコバ転写不良を招く。

そこで、例えば、特許文献１には、プリフォームの残留応力等の部分的な欠陥が成形後の光学素子の光学有効径外に位置するように、プリフォームを金型内に配置させることが提案されている。

特開２００９−７８４７０号公報

しかしながら、プリフォームの欠陥部分が光学素子の光学有効径外に位置しても、その欠陥部分がコバ部に位置してしまうと光学素子のコバ転写不良を招き、コバ部で光学素子を位置決めできないおそれがある。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、プリフォーム内の残留応力による光学素子の転写不良を抑制した光学素子成形方法および光学素子成形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光学素子成形方法は、上型と下型と胴型とで囲まれる空間内で所定の成形温度にしたプリフォームを圧縮することにより光学面とフランジを有する光学素子を成形する光学素子成形方法であって、前記プリフォームを前記下型の窪みに配置し、配置された前記プリフォームを前記所定の成形温度より高い温度で溶融するように加熱し、加熱された前記プリフォームを前記所定の成形温度まで冷却し、前記所定の成形温度に達した前記プリフォームを前記上型と前記下型と前記胴型とで囲まれる空間内で圧縮して光学素子を成形するものである。

ここで、前記プリフォームの加熱は、前記プリフォームの融点以上の温度まで行われることが好ましい。
また、前記プリフォームの加熱は、溶融した前記プリフォームの外周が前記下型の表面に沿って円状となるまで行うことができる。
また、加熱により溶融した前記プリフォームが前記胴型の内周面に到達しないように、前記プリフォームの加熱および冷却を行うことができる。

また、溶融した前記プリフォームに対する前記下型の前記フランジを成形する部分の濡れ角は、所定値以上であることが好ましい。
また、前記プリフォームは、射出成形により製造することができる。

また、本発明に係る光学素子成形装置は、上型と下型と胴型とで囲まれる空間内で所定の成形温度にしたプリフォームを圧縮することにより光学面とフランジを有する光学素子を成形する光学素子成形装置であって、前記上型と、前記プリフォームを配置する窪みが形成された前記下型と、前記胴型とで囲まれる空間内で前記プリフォームを圧縮する金型と、前記プリフォームを加熱するヒーターと、前記プリフォームを冷却する冷却装置と、前記ヒーターを制御して前記下型に配置された前記プリフォームを前記所定の成形温度より高い温度で溶融するように加熱させると共に、前記冷却装置を制御して加熱された前記プリフォームを前記所定の成形温度まで冷却させる温度制御部とを有するものである。

ここで、前記温度制御部は、加熱により溶融した前記プリフォームが前記胴型の内周面に到達しないように、前記ヒーターおよび前記冷却装置を制御して前記プリフォームの加熱および冷却を行うことができる。
また、前記下型の前記フランジを成形する面は、溶融した前記プリフォームに対して所定値以上の濡れ角を有することが好ましい。

また、前記下型に形成された窪みは、下方に向かってなだらかな凸面を有することができる。また、前記下型に形成された窪みは、水平な平面を有してもよい。また、前記下型に形成された窪みは、上方に向かってなだらかな凸面を有してもよい。

本発明によれば、プリフォーム内の残留応力による光学素子の転写不良を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る光学素子成形装置の構成を示す側面断面図である。 本実施形態に係る光学素子成形装置の動作を表すフローチャートである。 （Ａ）は本実施形態で用いられた金型内においてプリフォームが加熱された様子を示す側面断面図であり、（Ｂ）は金型内のプリフォームが融解された様子を示す側面断面図であり、（Ｃ）は金型内のプリフォームが圧縮成形された様子を示す側面断面図である。 下型においてプリフォームが溶融する様子を示す平面断面図である。 本実施形態の変形例に係る光学素子成形装置の構成を示す側面断面図である。 本実施形態の他の変形例に係る光学素子成形装置の構成を示す側面断面図である。 本実施形態のさらに他の変形例に係る光学素子成形装置の構成を示す側面断面図である。

以下に、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る光学素子成形装置の構成を示す。光学素子成形装置は、プリフォームＰをレンズ等の光学素子に成形する金型１と、金型１内のプリフォームＰを加熱するための加熱部２と、金型１内のプリフォームＰを冷却するための冷却部３と、加熱部２および冷却部３を制御する制御部４とを有する。

金型１は、位置固定された下型５と、下型５に対して上下方向に移動自在に配置された上型６と、下型５および上型６の外周を囲むように配置された円筒形状の胴型７とを有する。
下型５の上面は、プリフォームＰが配置されると共に光学素子の光学面を成形するために窪んだ素子本体成形面８ａを中央部に有し、その素子本体成形面８ａを囲んで光学素子のフランジを成形するための水平なフランジ成形面９ａを有する。素子本体成形面８ａの窪みは、下方に向かって湾曲した凹面部を有する。一方、上型６の下面は、光学面を成形するために窪んだ素子本体成形面８ｂを中央部に有し、その素子本体成形面８ｂを囲んで光学素子のフランジを成形するための水平なフランジ成形面９ｂを有する。素子本体成形面８ｂの窪みは、上方に向かって湾曲した凸面部を有する。胴型７の内周面は、光学素子のコバ部を成形するためのコバ成形面１０を有する。

加熱部２は、金型１内に配置されたプリフォームＰを加熱できるように上型６および下型５の外周を囲んで配置されたヒーター１１と、ヒーター１１を駆動するヒーター駆動部１２とを有する。
冷却部３は、金型１内に配置されたプリフォームＰを冷却できるように上型６および下型５の外周を囲んで配置された冷却流路１３と、冷却流路１３にポンプ等により冷媒を供給する冷媒供給部１４とを有する。冷媒としては、例えばエアー、窒素、または水などが利用できる。
制御部４は、ヒーター駆動部１２および冷媒供給部１４と電気的に接続されている。制御部４は、加熱部２および冷却部３を制御して金型１内に配置されたプリフォームＰの温度制御を行う。

次に、図２に示したフローチャートを参照して光学素子成形装置の動作を説明する。

まず、図１に示すように、上型６の下面、下型５の上面、および胴型７の内周面によってプリフォームＰを配置するための空間が形成される。その空間内の下型５の素子本体成形面８ａの窪みに、図２のステップＳ１において、例えば熱可塑性樹脂を射出成形により成形して製造されたプリフォームＰが配置される。次に、制御部４がヒーター駆動部１２を介してヒーター１１を駆動し、素子本体成形面８ａ上に配置されたプリフォームＰが加熱される。
加熱によりプリフォームＰの温度が上昇し、図３（Ａ）に示すように、プリフォームＰ内の残留応力が解放されてその形状が変化する。さらに、図２のステップＳ２において、プリフォームＰは所定の成形温度より高い温度まで加熱部２により加熱され、プリフォームＰは溶融するようになる。

溶融したプリフォームＰは、下型５の素子本体成形面８ａの窪みを充填していき、その外周が図４に示すように素子本体成形面８ａの縁にならって欠陥のない円状となる。その後、溶融したプリフォームＰは、図３（Ｂ）に示すように、素子本体成形面８ａ上において表面張力により欠陥のない球状となる。

続いて、制御部４は、一部が溶融したプリフォームＰの加熱をさらに続けることによって溶融したプリフォームＰが素子本体成形面８ａ上からフランジ成形面９ａ側に流れて胴型７の内周面に到達しないうちに加熱部２および冷却部３を制御して、図２のステップＳ３において、プリフォームＰを所定の成形温度まで冷却させると共にその温度を維持させる。
プリフォームＰが所定の成形温度となると、図３（Ｃ）に示すように、上型６を下型５に向けて下降させてプリフォームＰを圧縮し、下型５および上型６に形成された素子本体成形面８ａおよび８ｂにより光学面がプリフォームＰに成形されると共にフランジ成形面９ａおよび９ｂによりフランジがプリフォームＰに成形されていく。さらに、プリフォームＰは上型６と下型５によって圧縮されて胴型７のコバ成形面１０に当接してコバ部が成形されていき、図２のステップＳ４において、光学面、フランジ、およびコバ部が成形されたプリフォームＰが圧縮成形される。

このように、プリフォームＰを溶融させることで残留応力により生じたプリフォームＰの欠陥を解消し、欠陥のないプリフォームＰで圧縮成形することで光学面、フランジ、およびコバ部の転写不良を抑制することができる。

プリフォームＰの圧縮成形が完了した後、制御部４が加熱部２によるプリフォームＰの加熱を停止すると共に冷却部３によりプリフォームＰを常温まで冷却させることで光学素子が製造される。

本実施形態によれば、プリフォームＰを溶融させることで残留応力により生じたプリフォームＰの欠陥を解消し、欠陥のないプリフォームＰで圧縮成形することで光学面、フランジ、およびコバ部の転写不良を抑制することができる。

なお、本実施形態において、下型５の素子本体成形面８ａは、下方に向かって湾曲する凹面部を有する窪みであったが、例えば、図５に示すような水平な平面部を有する窪みであってもよく、また、図６に示すような上方に向かって湾曲する凸面部を有する窪みであってもよい。これにより、光学素子の一方の面に凸面、平面、および凹面を成形することができる。
また、本実施形態において、上型６の素子本体成形面８ｂは、光学素子の他方の面に凸面を成形するように形成されていたが、平面または凹面を成形するように形成してもよい。これにより、光学素子の他方の面に凸面、平面、および凹面を成形することができる。
また、図７に示すように上型６の素子本体成形面８ｂが下方に向かって凸面部を有する場合など、プリフォームＰの体積が下型５の素子本体成形面８ａに形成されている窪みの容積よりも小さい場合は、溶融したプリフォームＰが素子本体成形面８ａ上から胴型７の方へ流出するおそれがないのでプリフォームＰの全てを融解させてもよい。

また、制御部４は、溶融したプリフォームＰが欠陥のない表面を形成した時点で冷却部３を制御して所定の成形温度に冷却してもよい。例えば、溶融したプリフォームＰが表面張力により欠陥のない球状となった時点でプリフォームＰを所定の成形温度に冷却してもよく、また、溶融したプリフォームＰの外周が下型５の素子本体成形面８ａに縁にならって欠陥のない円状となった時点でプリフォームＰを所定の成形温度に冷却してもよい。また、溶融したプリフォームが素子本体成形面８ａの縁にならう前であっても、その外周が素子本体成形面８ａに沿って欠陥のない円状を形成した場合は、その時点でプリフォームＰを所定の成形温度に冷却してもよい。

また、下型５のフランジ成形面９ａは、溶融したプリフォームＰに対して所定値以上の濡れ角を有するようにしてもよい。例えば、フランジ成形面９ａに微小な凹凸を形成する等の加工を施すことで溶融したプリフォームＰに対する濡れ角を所定値以上にすることができる。また、溶融したプリフォームＰに対する濡れ角が所定値以上の素材を利用し、フランジ成形面９ａ全体をその素材で構成してもよく、あるいは、フランジ成形面９ａの表面をその素材でコーティングしてもよい。これにより、溶融したプリフォームＰが、素子本体成形面８ａ上からフランジ成形面９ａ側に流れ、胴型７の内周面に到達するのを抑制することができる。
また、本実施形態において、プリフォームＰの加熱は、所定の成形温度より高い温度において融解するように行われているが、プリフォームＰの融点が規定されている場合はその融点以上の温度まで加熱することでプリフォームＰを融解することができる。なお、プリフォームＰの融点の温度に幅がある場合は、最も小さい融点の温度以上に加熱すればよい。

１ 金型、２ 加熱部、３ 冷却部、４ 制御部、５ 下型、６ 上型、７ 胴型、８ａ，８ｂ 素子本体成形面、９ａ，９ｂ フランジ成形面、１０ コバ成形面、１１ ヒーター、１２ ヒーター駆動部、１３ 冷却流路、１４ 冷媒供給部。

Claims (12)

1. 上型と下型と胴型とで囲まれる空間内で所定の成形温度にしたプリフォームを圧縮することにより光学面とフランジを有する光学素子を成形する光学素子成形方法であって、
   前記プリフォームを前記下型に形成された窪みに配置し、
   配置された前記プリフォームを前記所定の成形温度より高い温度で溶融するように加熱し、
   加熱された前記プリフォームを前記所定の成形温度まで冷却し、
   前記所定の成形温度に達した前記プリフォームを前記上型と前記下型と前記胴型とで囲まれる空間内で圧縮して光学素子を成形することを特徴とする光学素子成形方法。
2. 前記プリフォームの加熱は、前記プリフォームの温度が前記プリフォームの融点以上となるまで行われることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形方法。
3. 前記プリフォームの加熱は、溶融した前記プリフォームの外周が前記下型の表面に沿って円状となるまで行われることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子成形方法。
4. 加熱により溶融した前記プリフォームが前記胴型の内周面に到達しないように、前記プリフォームの加熱および冷却を行う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成形方法。
5. 溶融した前記プリフォームに対する前記下型の前記フランジを成形する面の濡れ角は、所定値以上であ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成形方法。
6. 前記プリフォームは、射出成形により製造されてい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成形方法。
7. 上型と下型と胴型とで囲まれる空間内で所定の成形温度にしたプリフォームを圧縮することにより光学面とフランジを有する光学素子を成形する光学素子成形装置であって、
   前記上型と、前記プリフォームを配置する窪みが形成された前記下型と、前記胴型とで囲まれる空間内で前記プリフォームを圧縮する金型と、
   前記プリフォームを加熱するヒーターと、
   前記プリフォームを冷却する冷却装置と、
   前記ヒーターを制御して前記下型に配置された前記プリフォームを前記所定の成形温度より高い温度で溶融するように加熱させると共に、前記冷却装置を制御して加熱された前記プリフォームを前記所定の成形温度まで冷却させる温度制御部と
   を有することを特徴とする光学素子成形装置。
8. 前記温度制御部は、加熱により溶融した前記プリフォームが前記胴型の内周面に到達しないように、前記ヒーターおよび前記冷却装置を制御して前記プリフォームの加熱および冷却を行うことを特徴とする請求項７に記載の光学素子成形装置。
9. 前記下型の前記フランジを成形する面は、溶融した前記プリフォームに対して所定値以上の濡れ角を有することを特徴とする請求項７または８に記載の光学素子成形装置。
10. 前記下型に形成された窪みは、下方に向かって湾曲した凹面部を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光学素子成形装置。
11. 前記下型に形成された窪みは、水平な平面部を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光学素子成形装置。
12. 前記下型に形成された窪みは、上方に向かって湾曲した凸面部を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光学素子成形装置。

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