JP5883317B2 - Mold press molding apparatus and optical element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、精密加工された成形型によってガラスなどの成形素材をプレス成形し、ガラスレンズなど光学素子を製造するモールドプレス成形装置、及び光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a mold press molding apparatus for manufacturing an optical element such as a glass lens by press-molding a molding material such as glass with a precision-processed mold, and an optical element manufacturing method.
近年、成形面を所定の表面精度に精密加工した成形型内に光学用のガラス素材を収容して、加熱下でプレス成形して成形面を転写することにより、成形後の転写面について研削や研磨などの後加工を必要としない、高精度の光学機能面を有するガラスレンズなどの光学素子を製造する方法が知られている。 In recent years, an optical glass material is accommodated in a mold that has been precisely machined to a predetermined surface accuracy, and the molded surface is ground by pressing it under heat and transferring the molded surface. There is known a method of manufacturing an optical element such as a glass lens having a high-precision optical functional surface that does not require post-processing such as polishing.
例えば、特許文献1には、加熱室、プレス室、冷却室などの処理室が円周方向に並べて配置され、これらの処理室の中を、成形素材を入れた成形型が順次移送されるガラス成形体の製造装置が開示されている。この製造装置では、各処理室が炉体の中でケースによって取り囲まれて形成されているとともに、中央の回転軸回りに間歇的に回転駆動可能に設けられた回転テーブルに試料台が据え付けられており、この試料台に載置された成形型を、回転テーブルの回転駆動に伴って各処理室を移送させることで、ガラス成形体を連続的に成形するようにしている。
For example,
また、特許文献2には、加熱ステージ、加圧ステージ、冷却ステージが配置されたプレス機に成形用の金型を順次移送して各ステージにおける所定の作業を行う型移動方式のプレス成形機が開示されている。この成形機では、特許文献1のように成形型を支持台に載置した状態で移送や各種処理を行わず、成形型を型送りアームで後段のステージへ移送し、ヒータブロック上に設けられた均熱板に成形型を直接載置して各種処理を実行している。
Further,
また、特許文献3には、成形機内で成形型を移送しない方式のガラスレンズ成形装置であって、成形機の固定部に設けた3つの突起で成形型を支持し、成形型に近接して配置した加圧手段、加熱手段、冷却手段により各種処理を施して所定形状のガラスレンズを成形する装置が開示されている。
また、特許文献4には、下型と下型保持部材との間に複数の転動部材を配設することにより、固定軸側に用意された胴型内に下型を挿入する際、下型の水平方向への円滑な移動を促し、下型をスムーズに胴型内に挿入して上型と下型の同軸性を高めることができるモールドプレス成形型が開示されている。
In
ところで、特許文献1の装置は、各処理室の温度管理を独立に、かつ、精緻に制御することが可能であり、成形型の移送に伴う温度変動が生じないようにすることができ、また、これに加えて、移送時の振動により成形型内での成形素材の位置ずれが生じてしまうと、成形される光学素子が偏肉し、形状不良となるだけでなく、偏肉に起因するプレス荷重印加の不均一によって、光学機能面の面精度が劣化してしまうが、特許文献1の装置によれば、成形型に振動を及ぼすことなく回転テーブルによって成形型をスムーズに移送することができる。このように、特許文献1の装置は、高精度の光学機能面を有する光学素子を製造する上で、非常に優れた機能を備えている。
By the way, the apparatus of
しかしながら、本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、特許文献1の装置では、処理室内の加熱ヒータにより成形型とともに試料台も加熱されるが、このとき、成形型と試料台の熱的特性の相違により両者の間で熱交換が生じ、成形型の温度管理を乱してしまうおそれがあることが見出された。そして、光学素子に要求される精度がますます厳しくなってきているという近年の状況において、成形型を支持する試料台の熱的影響が、高精度の成形に悪影響を及ぼしてしまうという知見を得るに至った。
However, as a result of extensive studies by the present inventors, in the apparatus of
例えば、デジタルカメラ等の撮像機器や、交換レンズなどに用いられる光学素子は、その光学的要求性能が極めて高い。特に、比較的直径の大きいガラスレンズ(例えば、φ20mm以上)を精密モールドプレスによって成形するためには、成形プロセスの各処理工程における温度管理、特に、成形素材を収容する成形型の温度管理を精緻に行う必要があるが、特許文献1の装置をそのまま適用したのでは、より精緻な成形型の温度管理が求められたときに、これに応えられないことが懸念された。
For example, an optical element used for an imaging device such as a digital camera or an interchangeable lens has extremely high optical performance requirements. In particular, in order to mold a glass lens having a relatively large diameter (for example, φ20 mm or more) with a precision mold press, the temperature control in each processing step of the molding process, particularly the temperature management of the mold that accommodates the molding material is elaborated. However, if the apparatus of
なお、特許文献2の成形機では、ステージ毎に区画がされていないため、隣接するステージからの熱的影響を避けられず、各成形型の精緻な温度管理を行うことができない。しかも、成形型は上下から挟持される均熱板から直接に熱が伝播されるため、成形型と均熱板との間に異物が介在するなどして両者の接触面積が変化すると、成形型が温度変動し、所望の品質の成形体を成型できなくなることがある。
In addition, since the molding machine of
また、特許文献3の装置では、成形機の固定部に設けた3つの突起で成形型を支持することで、成形型の姿勢を一義的に決めることができるとともに、成形型の加熱、冷却時の成形機への熱移動を極力少なくすることができるとしているが、3つの突起を固定部に均等に形成するのは容易でない。しかも、数十〜数百kgfのプレス荷重を常に3点で受けるため、プレス回数が増えると突起が変形し、成形型に傾きが生じるなどして、プレス開始当初の成形型の姿勢が崩れるおそれがある。
Further, in the apparatus of
また、特許文献4のプレス成形装置において、下型は、型加熱装置によって誘導加熱された下型保持部材の熱を受けて加熱される。このため、下型と下型保持部材との間に複数の転動部材を配設することで、下型の水平方向の移動をスムーズにすることができるものの下型への加熱効率が悪くなってしまう。
In the press molding apparatus of
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形することによって所望の形状に成形された光学素子を製造するにあたり、成形型を支持する支持台の熱的影響が成形型に及ぶことを抑制し、より精緻に成形型の温度管理をすることで高精度の光学素子を安定して量産することができるモールドプレス成形装置、及び光学素子の製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above points. By heating the molding material accommodated in the molding die together with the molding die supported by the support base and controlling the temperature, press molding is performed. In manufacturing an optical element molded in a desired shape, the thermal influence of the support that supports the mold is prevented from reaching the mold, and the temperature of the mold is controlled more precisely to achieve high accuracy. An object of the present invention is to provide a mold press molding apparatus capable of stably mass-producing an optical element and a method for manufacturing the optical element.
本発明のモールドプレス成形装置は、成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された前記成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形するモールドプレス成形装置であって、複数の保持孔が形成された保持板と、前記保持孔内で転動可能に保持される転動体とを少なくとも備え、前記転動体の一部が前記保持板の表面に突出するように前記保持孔内に前記転動体が収容された台座ユニットを介して、前記成形型を前記支持台上に支持させることにより、前記成形型の下面を前記転動体が点接触で支持するようにした構成としてある。 The mold press molding apparatus of the present invention is a mold press molding apparatus that heats a molding material accommodated in a molding die together with the molding die supported by a support base and performs temperature molding while controlling the temperature. A holding plate having a holding hole formed therein and a rolling element that is held so as to be able to roll in the holding hole, and the inside of the holding hole so that a part of the rolling body protrudes from the surface of the holding plate. The lower surface of the mold is supported by point contact with the lower surface of the mold by supporting the molding die on the support base via a pedestal unit in which the rolling element is accommodated.
また、本発明の光学素子の製造方法は、成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された前記成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形することによって光学素子を製造するにあたり、複数の保持孔が形成された保持板と、前記保持孔内で転動可能に保持される転動体とを少なくとも備え、前記転動体の一部が前記保持板の表面に突出するように前記保持孔内に前記転動体が収容された台座ユニットを介して、前記成形型を前記支持台上に支持させることにより、前記転動体が前記成形型の下面を点接触で支持する方法としてある。 The optical element manufacturing method of the present invention manufactures an optical element by press-molding a molding material accommodated in a molding die together with the molding die supported by a support base and controlling the temperature. In this case, at least a holding plate in which a plurality of holding holes are formed and a rolling element that is held so as to be able to roll in the holding hole are provided, and a part of the rolling element protrudes from the surface of the holding plate. The rolling element supports the lower surface of the molding die by point contact by supporting the molding die on the support base via a pedestal unit in which the rolling element is accommodated in the holding hole. .
本発明によれば、成形型を支持する支持台の熱的影響が成形型に及ぶことを抑制し、より精緻に成形型の温度管理をすることが可能となるため、高精度の光学素子を安定して量産することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the thermal influence of the support base that supports the molding die on the molding die, and more precisely control the temperature of the molding die. It can be mass-produced stably.
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係るモールドプレス成形装置(以下、単に「成形装置」という)の実施形態を示す概略平面図であり、図2は、図1のA−A断面に相当する装置内部の説明図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of a mold press molding apparatus (hereinafter simply referred to as “molding apparatus”) according to the present invention, and FIG. 2 is an internal view of the apparatus corresponding to the AA cross section of FIG. It is explanatory drawing.
本実施形態の成形装置は、成形型M内に収容された、ガラスプリフォームなどの成形素材Pを、支持台3に支持された成形型Mごと加熱して温度制御しながらプレス成形することにより、所望の形状に成形された光学素子などの成形体を得るためのものである。
The molding apparatus according to this embodiment is configured by press-molding a molding material P such as a glass preform housed in the molding die M while heating the molding die M supported by the
本実施形態で用いる成形型Mは、成形素材Pを所望の形状にプレス成形できるものであれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、互いに対向する成形面が形成された一対の上型10及び下型20と、上型10及び下型20の水平方向の相互位置を規制する胴型30とを備え、下型20と、下型20に対して相対的に近接、離間するように胴型30により摺動ガイドされる上型10との間で、成形素材Pをプレス成形するようにしたものを用いることができる。
If the shaping | molding die M used by this embodiment can press-mold the shaping | molding raw material P in a desired shape, the specific structure will not be specifically limited. For example, it includes a pair of upper mold 10 and
また、本実施形態の成形装置は、成形型Mに対して、加熱、プレス、冷却を含む各処理をそれぞれ行う複数の処理室と、成形型Mを支持した支持台3を各処理室に移送させる移送機構とを有するようにして、成形素材Pが収容された成形型Mを移送しながら、順次、加熱処理、プレス処理、冷却処理などの各処理を施すことによって、プレス成形が行われるようにすることができる。
In addition, the molding apparatus of the present embodiment transfers a plurality of processing chambers for performing processing including heating, pressing, and cooling to the mold M, and a
ここで、図1に示す成形装置は、ステンレス、又はその他の耐熱性を有する金属を用いて形成され、例えば、円筒形の上下開口部を密閉した形状とすることにより、内部を非酸化性ガス雰囲気(不活性ガス雰囲気)に保持できる気密構造とされた、チャンバ1を備えている。そして、このチャンバ1内には、周方向に沿ってほぼ等間隔に並べて配置された、取出・挿入室P1と、処理室P2〜P8とが設けられている。
Here, the molding apparatus shown in FIG. 1 is formed using stainless steel or other heat-resistant metal. For example, the cylindrical upper and lower openings are sealed to form a non-oxidizing gas inside. A
図示する例において、P1は取出・挿入室である。この取出・挿入室P1では、処理室P2〜P8の設定環境を損なわないようにして、成形を終えた成形型Mの取り出し作業と、新たに成形に供される成形素材Pを収容した成形型Mの挿入作業とが行われる。 In the illustrated example, P1 is an extraction / insertion chamber. In this take-out / insertion chamber P1, the setting environment of the processing chambers P2 to P8 is not impaired, and the mold M that has been molded is taken out, and the mold that contains the molding material P that is newly used for molding. M is inserted.
また、P2は第一加熱室、P3は第二加熱室、P4は第三加熱室(又は均熱室)である。これらは総称して加熱部ともいい、成形型Mに対して加熱処理が施される。ここでの加熱処理は、成形型M及び成形素材Pをプレス成形に適した温度、例えば、ガラス粘度が106〜1011dPa・sに相当する温度に達するように行われる。P5はプレス室である。このプレス室P5では、加熱部での加熱処理によってプレス成形に適した温度とされた成形型Mに対し、プレス機構によりプレス荷重を印加するプレス処理が施される。 P2 is a first heating chamber, P3 is a second heating chamber, and P4 is a third heating chamber (or a soaking chamber). These are also collectively referred to as a heating unit, and the mold M is subjected to heat treatment. The heat treatment here is performed such that the mold M and the molding material P reach a temperature suitable for press molding, for example, a temperature corresponding to a glass viscosity of 10 6 to 10 11 dPa · s. P5 is a press room. In the press chamber P5, a press process for applying a press load by a press mechanism is performed on the mold M that has a temperature suitable for press molding by the heat treatment in the heating unit.
また、P6は第一徐冷室、P7は第二徐冷室、P8は急冷室である。これらは総称して冷却部ともいい、プレス荷重が印加された後の成形型Mに対して冷却処理が施される。急冷室P8には、冷却ガスによる急冷機構を設けておくのが好ましく、成形素材Pをプレス成形することによって所望の形状とされた成形体が、大気開放に支障のない温度、例えば、ガラス粘度が1012dPa・sに相当する温度以下となるまで成形型Mを冷却する。 P6 is a first annealing chamber, P7 is a second annealing chamber, and P8 is a quenching chamber. These are also collectively referred to as a cooling unit, and a cooling process is performed on the mold M after the press load is applied. The quenching chamber P8 is preferably provided with a quenching mechanism using a cooling gas, and the molded body formed into a desired shape by press-molding the molding material P has a temperature that does not hinder the opening to the atmosphere, for example, glass viscosity. The mold M is cooled until the temperature becomes equal to or lower than the temperature corresponding to 10 12 dPa · s.
これらの処理室P2〜P8は、それぞれの処理に適した温度にそれぞれ独立に温度制御されるとともに、各処理室内の温度を所定温度に保つために、シャッターS1〜S6によって区画されている。 These processing chambers P2 to P8 are independently controlled to a temperature suitable for each processing, and are partitioned by shutters S1 to S6 in order to keep the temperature in each processing chamber at a predetermined temperature.
また、図示する例では、成形型Mを支持して移送する支持台3が、図1中矢印方向に回転する回転駆動機構に連結された、移送機構としての回転テーブル2に取り付けられている。これにより、取出・挿入室P1から装置内に挿入され、支持台3に支持された成形型Mは、成形素材(又は成形体)Pを収容した状態で、常時非酸化性ガスの雰囲気(窒素などの不活性ガス雰囲気)下に環境設定された処理室P2〜P8に順次移送される。
なお、回転テーブル2は、チャンバ1の内径より小さい径の円板状とし、その回転中心がチャンバ1の中心と一致するように、チャンバ1に対して回転自在に取り付けられる。
Further, in the illustrated example, a
The
回転テーブル2は、特に図示しないが、インデックスマシンを備えた制御機構を中央に備えており、回転テーブル2が一定時間ごとに回転と停止を繰り返して、所定の回転角度分だけ間歇的に回転することにより、成形型Mを支持する支持台3が、隣設する処理室間を移動するようになっている。そして、このときの一定時間、すなわち、回転テーブル2の間歇的な回転により、支持台3が移動を開始してから、一旦停止して次の移動が開始されるまでの時間が、成形サイクルタイムとなる。
Although not specifically shown, the rotary table 2 includes a control mechanism including an index machine in the center, and the rotary table 2 repeats rotation and stop at regular intervals to rotate intermittently by a predetermined rotation angle. As a result, the
なお、本実施形態では、回転移送式の成形装置の例を図示して説明するが、支持台3を移送する移送機構は、直線動作を主とする公知の駆動機構に連結して構成することもでき、その具体的な構成は特に限定されない。また、取出・挿入室P1、処理室P2〜P8の配置も図示する例には限定されず、支持台3を移送する移送機構の構成に応じて種々変更することができる。さらに、成形素材Pの組成や、得ようとする光学素子などの成形体の形状にあわせて、加熱、プレス、冷却の各処理を最適化するために、例えば、加熱室を四つにしたり、プレス室を二つにしたり、徐冷室を三つにしたりしてもよい。生産効率を向上させるために、同数の加熱室、プレス室、徐冷室を並設し、異なる温度条件、異なる加圧条件を要する複数種類のプレス成形を同時並行的に行うようにすることもできる。
In the present embodiment, an example of a rotary transfer type molding apparatus is illustrated and described. However, the transfer mechanism for transferring the
図示する例において、第一加熱室P2、第二加熱室P3、第三加熱室P4、プレス室P5、第一徐冷室P6、及び第二徐冷室P7の各処理室は、ケース7によって周囲が取り囲まれており、このケース7は、図示しない適当な手段によってチャンバ1に固定されている。図2に示すように、ケース7の底壁7aには、成形型Mを移送する際の支持台3の移動通路となる周方向に延びるスリット7bが形成されており、このスリット7bを通って、各処理室内に、支持台3が入り込むようになっている。
In the illustrated example, the first heating chamber P2, the second heating chamber P3, the third heating chamber P4, the press chamber P5, the first annealing chamber P6, and the second annealing chamber P7 are treated by a
ここで、図2は、第一加熱室P2の内部を代表して示しているが、第二加熱室P3、第三加熱室P4、第一徐冷室P6、第二徐冷室P7は、設定温度が異なるだけで、第一加熱室P2と共通の構造とすることができる。また、プレス室P5も、プレス機構を備えている以外は、他の処理室と共通の構造とすることができる。 Here, FIG. 2 shows the inside of the first heating chamber P2 as a representative, but the second heating chamber P3, the third heating chamber P4, the first annealing chamber P6, and the second annealing chamber P7 are: Only the set temperature is different and the first heating chamber P2 can have a common structure. The press chamber P5 can also have a common structure with other processing chambers except that it includes a press mechanism.
図2に示すように、処理室P2〜P7の周囲を取り囲むケース7の内側側面には、成形型Mの移送路に面して、互いに対向するように加熱部8が設置されている。
処理室P2〜P7は、加熱部8の出力を調整することで、各々の設定温度に維持されるが、例えば、支持台3の先端に熱電対を配し、その導線を回転テーブル2の回転軸に導いて、支持台3の先端部、すなわち、成形型Mの底部の温度を測定し、その測定結果に基づいて、各処理室に設置された加熱部8の出力を制御することができる。
As shown in FIG. 2, a
The processing chambers P <b> 2 to P <b> 7 are maintained at their respective set temperatures by adjusting the output of the
また、加熱部8の具体的な構成は特に限定されず、例えば、輻射熱を発する抵抗加熱ヒータなどを用いることができる。加熱部8として、抵抗加熱ヒータを用いる場合には、帯状の抵抗加熱発熱体を、ケース7の内側側面に沿って上下方向に数回蛇行した状態で、対向する側面に互いにほぼ対称に取り付けるのが好ましい。このとき、ケース7内には、加熱部8から発せられた輻射熱を反射して、その輻射熱を効率よく成形型Mに与えることができるように、ケース7の内面を覆うリフレクタ9を配設しておくのが好ましい。
Moreover, the specific structure of the
また、図示する例において、成形型Mを支持して、加熱処理、プレス処理、冷却処理が施される各処理室に成形型Mを移送する支持台3は、鉛直方向に起立する中空筒形状の起立部3bを有している。そして、この起立部3bの下端側に設けられた基部3cを、回転テーブル2の外周側に形成された穴2aに嵌合させることによって、回転テーブル2に支持台3が取り付けられている。また、起立部3bの上端側には、成形型Mを支持する型支持部3aが設けられており、型支持部3aには、図示するように、成形型Mの倒れを防止する複数のピン6を稙設するのが好ましい。
Further, in the illustrated example, the
なお、支持台3は、一つの基部3cに対して複数の起立部3bを設けて、それぞれの起立部3bの上端側に設けられた型支持部3aに成形型Mを支持させて、加熱処理、プレス処理、冷却処理が施される各処理室を、複数の成形型Mがひとまとまりで移動できるようにすることもできる。このようにすることで、各処理室に、成形型Mを同時に複数ずつ移送して、一つの処理室内に複数の成形型Mを配列させて同時に同じ処理を施すことが可能となり、生産効率を向上させることができる。
The
ところで、このような支持台3は、成形型Mを支持した状態で加熱処理、プレス処理、冷却処理が施される各処理室を移動して、成形型Mとともに加熱され、成形型Mにプレス荷重が印加される際には、プレス荷重に抗して成形型Mを支持することになる。このため、支持台3は、通常、プレス荷重に耐え得る強度や、耐熱性、靭性、加工性を有するステンレスなどの金属材料を用いて形成される。
By the way, such a
一方、成形型Mは、所定の硬度、低熱膨張性、緻密性などの特性を備える必要があることから、通常、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックスや、タングステンカーバイド等の超硬合金などに代表されるセラミックス材を用いて形成されるが、一般に、セラミックス材は、ステンレスなどの金属材料に比べて熱伝導率が高い。
このため、成形型Mは、支持台3よりも相対的に熱伝導率が高くなり、加熱処理、プレス処理、冷却処理が施される各処理室を移動するに伴って、その熱的環境の変化により、成形型Mと支持台3との間で熱交換が生じてしまう。
On the other hand, the mold M is typically represented by ceramics such as silicon carbide and silicon nitride, cemented carbide such as tungsten carbide, etc., because it is necessary to have characteristics such as predetermined hardness, low thermal expansion, and denseness. In general, ceramic materials have higher thermal conductivity than metal materials such as stainless steel.
For this reason, the mold M has a relatively higher thermal conductivity than the
例えば、加熱処理がなされる際には、成形型Mの方が支持台3よりも温度が上がり易いが、成形型Mの温度が支持台3の温度よりも高くなるにつれて、温度の高い成形型Mから温度の低い支持台3への熱移動が生じてしまう。また、冷却処理がなされる際には、成形型Mの方が支持台3よりも冷え易いが、成形型Mの温度が支持台3の温度よりも低くなるにつれて、温度の高い支持台3から温度の低い成形型Mへの熱移動が生じてしまう。
For example, when the heat treatment is performed, the temperature of the mold M is higher than that of the
このような熱交換が成形型Mと支持台3との間でなされると、支持台3に接する下型20側と、上型10側とで温度差が生じ、成形型M全体の温度が均一に変化するように加熱、冷却するのが困難になる。特に、大口径のガラスレンズを成形する場合、成形型Mや支持台3の型支持部3aも大径となり、両者の接触面積が増し、両者が接触する面における部分的な温度分布も起こり易くなるため、成形型M全体の温度が均一に変化すように加熱、冷却するのがより困難になる。
そして、このような温度差が成形型Mに生じると、プレス成形されるガラスレンズの面精度(アス、クセ)が劣化することが懸念される。
When such heat exchange is performed between the mold M and the
And when such a temperature difference arises in the shaping | molding die M, we are anxious about the surface precision (asp, habit) of the glass lens by which press molding is carried out.
また、成形型Mを支持して各処理室に移送する複数の支持台3は、それぞれの肉厚や形状のわずかな違いや、経時的に生じる部分的な熱劣化などにより、その熱的特性にバラツキがあることも考慮しなければならない。そして、支持型3に、このような熱的特性のバラツキがあると、成形型Mとの間でなされる熱交換も一定にはならず、ガラスレンズなどの光学素子を形状再現性よく、高精度に量産する上での妨げになってしまうことも懸念される。
さらに、支持台3と成形型Mとが平滑な面同士で接触すると、成形型Mに所定のプレス荷重をかけてプレス成形した後、支持台3に成形型Mが貼り付いてしまい、成形型Mを支持台3から取り外すことが困難になってしまうことも懸念される。
In addition, the plurality of support tables 3 that support the mold M and transfer it to the processing chambers have their thermal characteristics due to slight differences in thickness and shape, partial thermal deterioration that occurs over time, and the like. It must also be taken into account that there are variations. If the
Further, when the support table 3 and the mold M are in contact with each other on a smooth surface, the mold M is adhered to the support table 3 after being subjected to press molding by applying a predetermined press load to the mold M, and the mold There is also a concern that it may be difficult to remove M from the
このため、本実施形態にあっては、支持台10の型支持部12に成形型Mを支持するにあたり、図2などに示すように、型支持部3a上に台座ユニット5を配置し、この台座ユニット5を介して成形型Mを支持するようにしている。これにより、成形型Mを加熱、冷却する際に、成形型Mと支持台3との間の熱交換を抑制して、支持台の熱的影響が成形型に及ばないようにするとともに、支持台3と成形型Mとの貼り付きが生じないようにしている。
ここで、図3は、台座ユニットの一例を示す説明図であり、図3(a)は、台座ユニットの平面図、図3(b)は、図3(a)のB−B断面図である。また、図4は、図2において一点鎖線で囲む部分を示す要部拡大断面図である。
For this reason, in the present embodiment, when the mold M is supported by the mold support portion 12 of the support base 10, the
Here, FIG. 3 is an explanatory view showing an example of the pedestal unit, FIG. 3 (a) is a plan view of the pedestal unit, and FIG. 3 (b) is a cross-sectional view along BB in FIG. 3 (a). is there. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a part surrounded by a one-dot chain line in FIG.
これらの図に示すように、台座ユニット5は、円盤形状の受け板51と、複数の保持孔52aが形成された保持板52と、保持板52に形成された各保持孔52a内で転動可能に保持される転動体53とを備えている。受け板51と保持板52は、保持板52に形成された各保持孔52a内に転動体53を収容した状態で、例えば、圧入、熔着、螺合などにより結合されている。また、転動体53としては、直径0.5〜10mmの真球状の部材を用いるのが好ましい。
As shown in these drawings, the
保持板52に形成される保持孔52aは、保持板52の厚み方向に貫通して形成されるが、転動体53を転動可能に保持できるように、転動体53の直径よりもわずかに大きい内径となるようにしてある。そして、保持板52の表面側に開口する部分は、収容された転動体53の一部が保持板52の表面に突出し、かつ、保持孔52aから離脱しないように、転動体53の直径よりも小さくなるように縮径されている(図3(b)参照)。
このとき、保持板52の厚みを転動体53の直径よりもわずかに小さくし、転動体53の半径未満であって、好ましくは、0.1〜2mmの高さで、保持板52の表面から転動体53の一部が突出するように、各部の形状や寸法を適宜設定するものとする。
The holding
At this time, the thickness of the holding
このような台座ユニット5を介して成形型Mを支持することで、直接的には、保持板52の表面から突出する転動体53が成形型Mの下面を実質的に点接触で支持、すなわち、点接触状に支持することになり、その接触面積を小さくすることができる。これにより、成形型Mと支持台3との間の熱交換を抑制して、支持台の熱的影響が成形型に及ばないようにするとともに、支持台3と成形型Mとの貼りつきが生じないようにすることができる。
なお、転動体53としては、直径0.5〜10mmの真球状の部材を用いるのが好ましいのは前述した通りであるが、転動体53の直径が小さすぎると、転動体53の一部が保持板52の表面に突出する高さを十分に確保することができず、成形型Mと支持台3との間の熱交換を有効に抑制できなくなってしまうおそれがある。一方、転動体53の直径が大きすぎると、台座ユニット5が備える転動体53の数を十分なものとすることができず、プレス荷重が印加される際に個々の転動体53への荷重が大きくなり過ぎて転動体53が破損するおそれがある。
By supporting the mold M via the
As described above, it is preferable to use a spherical member having a diameter of 0.5 to 10 mm as the rolling
また、転動体53を転動可能に保持することで、転動体53の偏った摩耗を抑止して、その耐用期間を長くし、台座ユニット5を長期にわたって使用できるようにすることができる。しかも、保持板52に保持された転動体53は、保持孔52a内での転動が許容されているだけで、それ以外に自由に動くことができないため、支持台3の型支持部3aの支持面が水平面に対して傾いているなどしても、転動体53が転がって一定の場所に偏在してしまうことがない。これにより、支持台3上に支持した成形型Mの姿勢が傾いたりすることなく、形成体Mを常に均等に支持することができる。
Further, by holding the rolling
転動体53を転動可能に保持する保持孔52aは、図3(a)に示すように、部分的に偏在することなく、ほぼ等ピッチの配列で保持板52に形成されるようにするのが好ましい。保持孔52aの配列は、図示するような千鳥状の配列に限らず、例えば、格子状、同心状、放射状の配列としてもよい。
As shown in FIG. 3A, the holding
保持孔52aの数、すなわち、転動体53の数は、成形型Mと支持第3との間の熱交換を抑制するという観点から適宜設定され、仮に、保持孔52aの数を極端に多くして、各保持孔52aに転動体53を保持させた場合、成形型Mに当接する転動体53の数が多くなり、成形型Mと支持台3との間の熱交換が生じ易くなってしまうことが懸念される。このため、保持孔52aの数、すなわち、転動体53の数は、プレス処理に際して印加されるプレス荷重を考慮して所定数に留めることが好ましい。
例えば、プレス処理に際して成形型Mに印加する最大荷重をPmax、使用する転動体53の数をN、各転動体53に加わる平均荷重をPnとしたときに、次の関係式(1)を満たすように転動体53の数Nを設定することが好ましい。
Pn=Pmax/N ≧ 5[kgf]・・・(1)
The number of holding
For example, the following relational expression (1) is satisfied, where Pmax is the maximum load applied to the mold M during the pressing process, N is the number of
Pn = Pmax / N ≧ 5 [kgf] (1)
最大荷重Pmaxが300kgfの場合を一例として挙げると、この場合には、上記(1)式より、転動体53の数Nは60個以下とすることが好ましい。
Pmax/Nの値が5kgf未満になるよう転動体53の数Nを多くすると、成形型9と支持台10との熱交換が生じ易くなり、成形型9の精緻な温度管理が困難になる。その一方で、Pmax/Nの値が20kgfを超えると、個々の転動体53への荷重が大きくなり過ぎて転動体53又は受け板51が破損若しくは変形し、所望の効果が得られないおそれがある。このため、転動体53の数Nの数は、Pmax/Nの値が20kgf以下となるようにして、上記関係式(1)とともに次の関係式(2)も満たすように設定することが望ましい。
Pn=Pmax/N ≦ 2[kgf]・・・(2)
Taking the case where the maximum load Pmax is 300 kgf as an example, in this case, the number N of rolling
If the number N of rolling
Pn = Pmax / N ≦ 2 [kgf] (2)
また、前述したように、転動体53としては、直径0.5〜5mmの真球状の部材を用いるのが好ましいが、このような転動体53を転動可能に保持する保持孔52aを保持板52に形成するにあたっては、各保持孔52aの面積(縮径された開口部を除く部分の面積)の合計をSaとし、保持板52の表面の面積をSとしたときに、次の関係式(3)を満たすようにすることが好ましい。
S ≧ Sa × 2 ・・・(3)
Further, as described above, it is preferable to use a spherical member having a diameter of 0.5 to 5 mm as the rolling
S ≧ Sa × 2 (3)
保持板52の半径が20mmであり、その表面の面積Sが400πmm2である場合を一例として挙げると、この場合には、上記(3)式より、保持孔52aの合計面積Saが200πmm2以下となるように、保持板52に形成する保持孔52aの数を設定することが好ましい。
保持孔52aの合計面積Saが、保持板52の表面の面積Sの半分を超えるような数で保持孔52aを形成すると、これに収容されて成形型Mに当接する転動体53の数が多くなり、成形型Mと支持台3との間の熱交換が生じ易くなり、成形型Mの精緻な温度管理が困難になる。
As an example, a case where the radius of the holding
When the holding
また、転動体53は、保持板52に形成した保持孔52aの全てに収容させずに、必要に応じて任意に間引くこともできる。例えば、支持台3ごとの熱的特性のバラツキを考慮して、相対的に熱的影響の大きい支持台3に配置する台座ユニット5では、転動体53を間引いて、その数を少なくすることもできる。特に、大口径のレンズ(例えば、φ30mm以上のレンズ)をプレス成形する場合、成形型Mも大きくなるため、一つの成形型Mにおける温度分布が生じ易くなるが、温度が高い領域の転動体53を間引くことにより、成形型Mの温度分布を調整し低減させることができる。
Further, the rolling
なお、台座ユニット5が備える転動体53の数は、成形型Mと支持台3との間の熱交換を有効に抑制できるようにすることと、プレス処理に際して印加されるプレス荷重などを考慮して、より具体的には、直径0.5mm〜5mmの転動体53を30〜80個とするのが好ましい。
It should be noted that the number of
このような台座ユニット5を形成する受け板51と保持板52は、例えば、タングステン合金、炭化タングステン、炭化チタン、サーメットなどの高硬度、高耐熱性を有する合金を用いて形成することができる。特に、受け板51は、転動体53を介して数十〜数百kgfのプレス荷重を受けても変形・破損しないように高硬度の材料を用いることが好ましい。
また、転動体53は、受け板51と同様に、数十〜数百kgfのプレス荷重を受けても変形・破損しないように、高硬度の材料、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、アルミナなどのセラミックスや、タングステン合金、炭化タングステン、炭化チタン、サーメットなどの高硬度、高耐熱性を有する素材を用いて形成することができる。
The receiving
Further, like the receiving
次に、具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.
[実施例]
図1に示す例と同様とされた既存のモールドプレス成形装置において、図3に示すような台座ユニット5を支持台3の型支持部3a上に配置し、取出・挿入室P1において、成形を終えた成形型Mの取り出し作業と、新たに成形に供される成形素材Pを収容した成形型Mを成形装置内に搬入する挿入作業を行った。成形型Mは、台座ユニット5を介して支持台3の型支持部3aに支持させた。そして、回転テーブル2の回転に伴って、成形型Mを各処理室P2〜P8へ順次移送しながら、加熱、プレス、冷却の各種処理を経ることによりプレス成形を繰り返し行った。かかるプレス成形により、プレス径33mm、中心肉厚1.3mm、周辺肉厚8mmの凹メニスカスレンズを連続成形した。
[Example]
In an existing mold press molding apparatus similar to the example shown in FIG. 1, a
なお、成形素材Pとしては、ホウ酸ランタン系光学ガラスであるM−TAF101(HOYA株式会社製)を使用した。
また、台座ユニット5としては、外径が50mm、受け板51と保持板52を結合した厚みが4mm、保持孔52aの数が40個、各保持孔52aに収容した超硬製の転動体53の直径が2mmのものを用いた。
In addition, as the forming material P, lanthanum borate optical glass M-TAF101 (manufactured by HOYA Corporation) was used.
The
成形されたガラスレンズについて、基準形状に対する周辺領域の形状誤差(以下、「周辺F′」という)を五つの支持台ごとに測定した結果を図6に示す。また、周辺F′を横軸に、その頻度を縦軸にとったヒストグラムを図7に示す。 FIG. 6 shows the result of measuring the shape error of the peripheral region with respect to the reference shape (hereinafter referred to as “periphery F ′”) for each of the five support bases for the molded glass lens. FIG. 7 shows a histogram in which the peripheral F ′ is on the horizontal axis and the frequency is on the vertical axis.
[比較例]
台座ユニットを介さず、成形型を支持台の型支持部に直接支持させた以外は、実施例と同様にして、同様のガラスレンズを連続成形した。
[Comparative example]
A similar glass lens was continuously molded in the same manner as in Example except that the mold was directly supported by the mold support portion of the support base without using the pedestal unit.
成形されたガラスレンズについて、周辺F′を五つの支持台ごとに測定した結果を図8に示す。また、周辺F′を横軸に、その頻度を縦軸にとったヒストグラムを図9に示す。 FIG. 8 shows the result of measuring the periphery F ′ for each of the five support bases for the molded glass lens. FIG. 9 shows a histogram in which the peripheral F ′ is on the horizontal axis and the frequency is on the vertical axis.
上記実施例と上記比較例との対比からわかるように、台座ユニットを介して支持台の型支持部に成形型を支持させることで、複数の支持台間に生じていた形状誤差が改善され、そのバラツキも低減させることができた。また、比較例では、規格範囲に納まらないものもあったが、実施例では、成形された全てのガラスレンズが規格範囲内のものであった。 As can be seen from the comparison between the embodiment and the comparative example, by supporting the molding die to the mold support portion of the support table via the pedestal unit, the shape error that has occurred between the plurality of support tables is improved, The variation could also be reduced. Further, in the comparative example, there were some that did not fall within the standard range, but in the example, all the molded glass lenses were within the standard range.
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。 Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiment, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. .
例えば、前述した実施形態では、台座ユニット5として、受け板51と、複数の保持孔52aを有する保持板52と、保持孔52a内で転動可能に保持される転動体53とを備える例を示したが、図5に示すように、受け板51を省略してもよい。この場合、支持台3に設けた型支持部3bが受け板51の機能を備えるようにすることができる。
なお、図5は、台座ユニット5の他の例を示す説明図であり、図4に対応する要部拡大断面図である。図4に示す例と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
For example, in the above-described embodiment, the
5 is an explanatory view showing another example of the
また、前述した実施形態では、加熱、プレス、冷却を含む各処理を行う複数の処理室と、成形型Mを支持した支持台3をこれらの処理室へ順次移送する移送機構を備えたモールドプレス成形装置の例を示したが、これに限定されない。本発明は、成形型内に収容された成形素材を、支持台に支持された成形型ごと加熱して温度制御しながらプレス成形するモールドプレス成形装置、及び光学素子の製造方法に適用可能である。
Further, in the above-described embodiment, a mold press provided with a plurality of processing chambers for performing each process including heating, pressing, and cooling, and a transfer mechanism for sequentially transferring the
また、前述した実施例では、凹メニスカスレンズを連続成形する例を挙げたが、本発明は、凹メニスカスレンズに限らず、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズなどの各種形状の光学素子をプレス成形する際に適用できる。特に、レンズの直径(プレス径)が30mm以上の光学素子を製造する場合、本発明を適用することにより成形面内の温度分布を抑制し、より精緻に成形型の温度管理をすることが可能となるため、高精度の光学素子を安定して量産することができる。 In the above-described embodiment, an example in which a concave meniscus lens is continuously formed has been described. However, the present invention is not limited to a concave meniscus lens, and presses optical elements of various shapes such as a biconvex lens, a convex meniscus lens, and a biconcave lens. Applicable when molding. In particular, when manufacturing an optical element having a lens diameter (press diameter) of 30 mm or more, the present invention can be applied to suppress the temperature distribution in the molding surface and to control the temperature of the mold more precisely. Therefore, high-precision optical elements can be stably mass-produced.
本発明は、ガラスレンズなどの光学素子をプレス成形するための技術として広く利用することができる。 The present invention can be widely used as a technique for press-molding an optical element such as a glass lens.
3 支持台
5 台座ユニット
51 受け板
52 保持板
52a 保持孔
53 転動体
M 成形型
P 成形素材
P1 取出・挿入室
P2 第一加熱室
P3 第二加熱室
P4 第三加熱室
P5 プレス室
P6 第一徐冷室
P7 第二徐冷室
P8 急冷室
3
Claims (8)
複数の保持孔が形成された保持板と、前記保持孔内で転動可能に保持される転動体とを少なくとも備え、前記転動体の一部が前記保持板の表面に突出するように前記保持孔内に前記転動体が収容された台座ユニットを介して、前記成形型を前記支持台上に支持させることにより、
前記成形型の下面を前記転動体が点接触状に支持するようにし、かつ前記保持板は前記支持台に固定されている、ことを特徴とするモールドプレス成形装置。 A mold press molding apparatus that press-molds a molding material accommodated in a molding die while heating and controlling the temperature of the molding die supported by a support table,
The holding plate is provided with at least a holding plate having a plurality of holding holes and a rolling element that is held so as to be able to roll in the holding hole, and the holding unit is configured such that a part of the rolling body protrudes from the surface of the holding plate. By supporting the molding die on the support base via a pedestal unit in which the rolling element is accommodated in a hole,
A mold press molding apparatus, wherein the rolling element supports the lower surface of the molding die in a point contact manner , and the holding plate is fixed to the support base .
前記成形型を支持した前記支持台を前記各処理室へ順次移送させる移送機構とを備える請求項1又は2に記載のモールドプレス成形装置。 A plurality of processing chambers for performing each processing including heating, pressing, and cooling on the mold, and
The mold press molding apparatus of Claim 1 or 2 provided with the transfer mechanism which transfers the said support stand which supported the said shaping | molding die to each said process chamber sequentially.
複数の保持孔が形成された保持板と、前記保持孔内で転動可能に保持される転動体とを少なくとも備え、前記転動体の一部が前記保持板の表面に突出するように前記保持孔内に前記転動体が収容された台座ユニットを介して、前記成形型を前記支持台上に支持させ、かつ前記保持板を前記支持台に固定することにより、
前記転動体が前記成形型の下面を点接触状に支持することを特徴とする光学素子の製造方法。 In manufacturing an optical element by press molding while heating and controlling the temperature of the molding material accommodated in the molding die together with the molding die supported by a support base,
The holding plate is provided with at least a holding plate having a plurality of holding holes and a rolling element that is held so as to be able to roll in the holding hole, and the holding unit is configured such that a part of the rolling body protrudes from the surface of the holding plate. via the base unit the rolling elements is accommodated in the hole, the mold is supported on the support base and the will lock the retaining plate to said support base,
The method of manufacturing an optical element, wherein the rolling element supports the lower surface of the mold in a point contact manner.
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