JPH10231130A - 光学素子のプレス成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｆ・θレンズの様な異形レンズをプレス成形
によって製造する場合、金型から成形品を容易に取り出
すことが可能なプレス成形用金型を提供する。 【解決手段】 金型はオス型４とメス型１１で構成され
る。メス型１１は、ダイプレート１２、メス型ダイ１
４、メス型コア１３などで構成される。メス型コア１３
は、メス型ダイ１４の中央の開口部に嵌合し、開口部の
側壁とともにメスキャビティを形成する。メス型コア１
３の背面には支持プレート３１が配置され、支持プレー
ト３１は、ダイプレート１２に埋込まれたコイルバネ３
２で支持される。型締めの際、オス型４とメス型１１が
接近すると、支持プレート３１が押下げられてコイルバ
ネ３２が圧縮され、支持プレート３１の背面がダイプレ
ート１２に密着する。プレス成形終了後、型開きの際、
プレス成形品４０がメス型コア１３とともにコイルバネ
３２の復元力によりメス型１１から押出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子のプレス
成形用金型に係り、特に、ｆ・θレンズあるいはシリン
ドリカルレンズなどの非球面及び異形レンズの製造に適
したプレス成形用金型の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】光産業は高度情報化社会を支える産業と
いわれ、光ディスク、光プリンタ、光通信システムなど
が急速に発展している。また、パーソナルコンピュータ
の普及に伴い、高画質で高速度という特徴をもつレーザ
プリンタの小型化、低価格化が進み、広く普及してい
る。レーザプリンタに必要不可欠なｆ・θレンズは、非
常に高精度な光学素子で、装置の小型化、低価格化から
非球面形状が要求されるとともに、面粗さ、形状につい
ても高い精度が要求されている。

【０００３】図３にシリンドリカル面とトーリック面を
有するｆ・θレンズの例を示す。一般的に、光学レンズ
等を製造する際、原料としてプラスチックを用いる場合
には、射出成形法または射出圧縮成形法が採用されてい
る。しかし、この場合、比較的、寸法精度の高いレンズ
が得られるものの、レンズ内の密度及び屈折率を均一に
することが難しいことや、温度、湿度などの使用環境の
影響を受けて光学的な特性が変化し易いなどの問題があ
る。

【０００４】一方、原料としてガラスを用いる場合、軟
化させたガラスを金型を用いて概略のレンズ形状にプレ
ス成形して生地を作成した後、粗研削、精研削、研磨加
工、アニールなどの工程を経て、製品に仕上げている。
この他、円板状の素材の一部を切断し、研削、研磨等の
加工を行って製造する方法もある。しかし、この様な製
造工程を用いて非球面形状やトーリックレンズなどを製
造することは容易ではなく、また、要求される形状精
度、面粗度を得るためには熟練技術が必要となる。この
結果、製品が非常に高価なものになるので、上記の様な
製造方法は非球面レンズの製造にはあまり採用されてい
ない。

【０００５】近年、ガラス製の光学レンズをプレス成形
によって製造する方法が開発され、眼鏡レンズ、カメラ
レンズ等で使用されるようになった。更に、丸形状の非
球面あるいは球面レンズを製造する方法が開発され、ト
ーリックレンズ及びシリンドリカルレンズ等の複雑な形
状の異型レンズについても、高精度なものが製造できる
ようになってきている。以上の様な背景から、光学ガラ
ス製の高精度なｆ・θレンズをプレス成形によって、直
接、製造し、大量、安価に供給することが求められてい
る。

【０００６】ところで、ガラス製の光学レンズをプレス
成形によって製造する場合、プレス成形後、金型から成
形品を取り出す際に、丸形状のレンズの場合にはバキュ
ームを用いて容易に取り出すことが可能であるが、トー
リックレンズあるいはシリンドリカルレンズなどの場合
には、金型によって成形される面が、光学面及び基準面
の４面となり、それらの面が金型鏡面と密着しているの
で、バキュームを用いて金型から成形品を取り出すこと
が容易ではない。

【０００７】更に、ガラス成形機のコンパクト化の志
向、その構造上の制約、金型の大きさの制限、成形の際
の高い温度などから、プラスチックレンズの射出成形機
や射出成用金型で使用されているような押し出し機構を
金型に設けることが困難である。即ち、射出成形法や射
出圧縮成形法に使用される金型の場合、レンズ面以外の
樹脂の流れるランナー部あるいは予肉部をエジェクタピ
ンで押し出す構造や、ストリッパ構造が採用できる。し
かし、ｆ・θレンズの場合、この様な構造を採用するこ
とができないので、直接、成形体を光学面を用いて押し
出さなければならない。

【０００８】以上の様に、ｆ・θレンズをプレス成形に
よって製造する場合、金型から成形品を取り出すことが
容易ではなく、このため金型からの搬出の際にオートロ
ーダの使用ができず、搬入、搬出を手動で行われなけれ
ばならないので、無人化、多台持ちができないという問
題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の様な
問題点に鑑みて成されたもので、本発明は、ｆ・θレン
ズなどの様な異形レンズをプレス成形によって製造する
場合、金型から成形品を容易に取り出すことが可能なプ
レス成形用金型の構造を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子のプレ
ス成形用金型は、オス型及びメス型で構成され、前記メ
ス型は、ダイプレートと、ダイプレートの表面に固定さ
れ、中央に開口部を有するメス型ダイと、この開口部に
嵌合し、この開口部の側壁とともにメスキャビティを形
成するメス型コアと、メス型コアの背面側に固定された
支持プレートと、ダイプレートの表面に埋め込まれ、支
持プレートを介して背面側からメス型コアを支持するコ
イルバネと、型締めの際、オス型がメス型に対して相対
的に前進する動きに伴って、支持プレートを押し下げて
コイルバネを圧縮し、支持プレートの背面をダイプレー
トの表面に密着させる手段とを備え、プレス成形終了
後、型開きの際、プレス成形品がメス型コアとともに前
記コイルバネの復元力によって前記開口部から押出され
る様になっていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の光学素子のプレス成形用金
型は、オス型及びメス型で構成され、前記メス型は、ダ
イプレートと、ダイプレートの表面に固定され、中央に
開口部を有するとともに、この開口部の周囲に上下方向
に貫通する複数の貫通孔が形成されたメス型ダイと、こ
の開口部に嵌合し、この開口部の側壁とともにメスキャ
ビティを構成するメス型コアと、メス型コアの背面側に
固定された支持プレートと、ダイプレートの表面に埋め
込まれ、支持プレートを介して背面側からメス型コアを
支持するコイルバネと、前記各貫通孔の中に配置された
リターンピンとを備え、型締めの際、オス型がメス型に
対して相対的に前進する動きに伴って、オス型でリター
ンピンを押し下げ、これによって支持プレートを押し下
げてコイルバネを圧縮し、支持プレートの背面をダイプ
レートの表面に密着させるとともに、プレス成形終了
後、型開きの際、プレス成形品がメス型コアとともに前
記コイルバネの復元力によって前記開口部から押出され
る様になっていることを特徴とする。

【００１２】本発明に基づくプレス成形用金型によれ
ば、目標形状に近い形状に予備加工されたガラス素材
を、メス型ダイの中央に設けられた開口部とメス型コア
の表面とによって形成されたメスキャビティに収容した
後、型締めが行われる。型締めの際、オス型がメス型に
対して相対的に前進する動きに伴って支持プレートが押
し下げられてコイルバネが圧縮され、支持プレートの背
面がダイプレートの表面に密着する。これによって、メ
ス型コアがメス型ダイの開口部の所定の位置で停止し、
この状態で、前記ガラス素材のプレス成形が行われる。
プレス成形の終了後、型開きの際、オス型がメス型に対
して相対的に後退する動きに伴ってコイルバネが解放さ
れ、コイルバネの復元力によってプレス成形品がメス型
コアと共に前記開口部から押出される。この様にして、
メス型に形成されたメスキャビティからプレス成形品を
容易に取り出すことができる。

【００１３】なお、例えば、メス型ダイの中央に設けら
れた開口部の周囲に上下方向に貫通する複数の貫通孔を
形成し、これらの各貫通孔にリターンピンを配置するこ
とによって、型締めの際、オス型がメス型に対して相対
的に前進する動きに伴って、これらのリターンピンを介
して支持プレートを押し下げてコイルバネを圧縮するこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を用いて説明する。図２に、本発明に基づくプ
レス成形用金型が使用されるガラス製の光学素子のプレ
ス成形装置の全体構成の一例を示す。図中、３０はプレ
ス成形される素材、１１は下型（メス型）、１３はメス
型コア、１４は移動ダイ（メス型ダイ）、１２はダイプ
レート、９は移動軸、４は上型（オス型）、６はオス型
コア、７は固定ダイ（オス型ダイ）、５はダイプレー
ト、２は固定軸を表す。

【００１５】フレーム１の上部から固定軸２が下方に向
かって伸びており、その下端には、セラミック製の断熱
筒３を介して、上型４がボルトによって取付けられてい
る。この上型４は、金属製のダイプレート５、ダイプレ
ート５の下側に配置されるセラミック製のオス型コア
６、及びダイプレート５の下側に取り付けられ、オス型
コア６を周囲から支持するとともに型の一部をなす固定
ダイ７から構成されている。

【００１６】フレーム１の下部には駆動装置８が配置さ
れ、駆動装置８の上側には荷重検出装置８ｂを介して移
動軸９が取付けられている。移動軸９は、駆動装置８の
上方に位置する中間プレート１ａを貫通して上方に伸
び、固定軸２と対向している。駆動装置８はスクリュー
ジャッキを内蔵しており、サーボモータ８ａの回転運動
を直線運動に変換して移動軸９を上下方向に駆動する。
また、移動軸９は、制御装置２６に入力されたプログラ
ムに従って、その速度、位置およびトルクが制御され
る。

【００１７】移動軸９の上端には、セラミック製の断熱
筒１０を介して、下型１１が固定されている。この下型
１１は、金属製のダイプレート１２、ダイプレート１２
の上側に配置されるセラミック製のメス型コア１３、及
びダイプレート１２の上側に取り付けられ、メス型コア
１３を周囲から支持するとともに型の一部をなす移動ダ
イ１４から構成されている。ダイプレート１２の下面に
は温度検出用の熱電対２５が取り付けられている。

【００１８】固定軸２からは、駆動装置（図示せず）に
よって上下動されるブラケット１５が、上下方向の移動
が可能な状態で吊り下げられている。ブラケット１５に
は上型４及び下型１１の周囲を囲む透明石英管１６が取
付けられている。透明石英管１６の下端部を中間プレー
ト１ａ上に設置されたシールプレート１ｂに当接させる
ことによって、上型４及び下型１１の周囲に気密性を備
えた成形室１７が形成されるようになっている。更に、
ブラケット１５には透明石英管１６の周囲を囲む外筒１
８が取付けられ、外筒１８にはランプユニット１９が取
付けられている。ランプユニット１９は、赤外線ランプ
２０とその後方に配置された反射ミラー２１から構成さ
れており、上型４及び下型１１を加熱するようになって
いる。

【００１９】固定軸２及び移動軸９の内部には、成形室
１７内に不活性ガスを導入し、あるいは上型４及び下型
１１を冷却するためのガス供給路２２、２３がそれぞれ
形成されている。断熱筒３とダイプレート５との接触
面、及び断熱筒１０とダイプレート１２との接触面に
は、それぞれ、溝２７及び２８が設けられている。不活
性ガスは、装置の外部から、ガス供給路２２（あるいは
２３）、断熱筒３（あるいは１０）の内部、及び溝２７
（あるいは２８）を順に通って、成形室１７の内部へ供
給される。成形室１７の内部へ供給された不活性ガス
は、シールプレート１ｂの内部に形成された排気口２４
から排出される。

【００２０】図１に、本発明に基づくプレス成形用金型
の一例を示す。この金型は先に図３で示したｆ・θレン
ズ用の金型である。図中、４０は予備加工済みのガラス
素材、１１は下型（メス型）、４は上型（オス型）を表
す。

【００２１】上型４は、ダイプレート５、固定ダイ７
（オス型ダイ）、セラミック製のオス型コア６及び上部
ピン３４（突起部）などから構成される。固定ダイ７は
中央に開口部を備え、ダイプレート５の下面に取り付け
られる。オス型コア６は、この開口部に収容され、固定
ダイ７によってダイプレート５に固定される。上部ピン
３４は、ダイプレート５の下面に取り付けられ、固定ダ
イ７の開口部の周囲に設けられた貫通孔３３を貫通し、
その先端が固定ダイ７の下面から所定の長さだけ突出し
ている。

【００２２】下型１１は、ダイプレート１１、移動ダイ
１４（メス型ダイ）、セラミック製のメス型コア１３、
支持プレート３１、セラミック製のコイルバネ３２、リ
ターンピン３６、ガイドピン３８などから構成される。

【００２３】移動ダイ１４は中央に開口部を有し、ダイ
プレート１１の上面に取り付けられる。メス型コア１３
は、この開口部に収容され、メス型コア１３の上面とこ
の開口部の側壁面とによってメスキャビティが形成され
る。この開口部は移動ダイ１４の背面側で断面が拡大さ
れており、この拡大断面部分に支持プレート３１が収容
されている。メス型コア１３は支持プレート３１の上面
の中央部にボルト（図示せず）で固定されている。ダイ
プレート１１の上面には二個のコイルバネ３２が埋め込
まれ、支持プレート３１の背面はこれらのコイルバネ３
２で支持されている。更に、支持プレート３１の周縁部
の二箇所には上下方向にガイド孔３７が形成され、これ
らのガイド孔３７にはそれぞれガイドピン３８が貫通し
ている。このガイドピン３８の下端部はダイプレート１
１の上面に固定されている。これによって、メス型コア
１３はガイドピン３８に沿って上下方向の移動が可能で
ある。

【００２４】支持プレート３１の周縁部の上面にはリタ
ーンピン３６が取り付けられている。リターンピン３６
は、移動ダイ１４の開口部の周囲に形成された貫通孔３
５を貫通し、リターンピン３６の先端は移動ダイ１４の
上面と同一の高さに位置している。なお、このリターン
ピン３６は前記の上部ピン３４と互いに対応する位置に
配置されている。

【００２５】型締めの際、下型１１を移動軸９（図２）
によって上昇させて、上型４に対して前進させると、上
部ピン３４がリターンピン３６の先端に突き当たり、上
部ピン３４によってリターンピン３６が下方に押し下げ
られ、これによって支持プレート３１が下方に押し下げ
られてコイルバネ３２が圧縮され、支持プレート３１の
背面（下面）がダイプレート１２の上面に密着する。メ
ス型コア１３は支持プレート３１とともに下方へ押し下
げられ、所定の位置で停止する。

【００２６】一方、型開きの際、下型１１を移動軸９
（図２）によって下降させて、上型４から引き離すと、
上部ピン３４がリターンピン３６の先端から離れ、これ
によりコイルバネ３２が解放され、コイルバネ３２の復
元力によって支持プレート３１が上方へ押し上げられ
る。これに伴って、メス型コア１３及びガラス素材４０
が、メスキャビティから押し出される。

【００２７】なお、型締め前の状態で、リターンピン３
６の上端部が移動ダイ１４の上面から所定量だけ突出す
るようにすれば、固定ダイ７側に前記の上部ピン３４を
設けなくても、固定ダイ７の下面でリターンピン３６を
押し下げることもできる。また、リターンピン３６を固
定ダイ７側に取り付けて、このリターンピン３６が前記
貫通孔３５を介して支持プレート３１を、直接、押下げ
るようにすることもできる。

【００２８】

【実施例】次に、図１に示した金型を図２に示したプレ
ス成形装置に取り付けてｆ・θレンズを製作した結果に
ついて説明する。先ず、非球面加工機およびポリシング
マシンを用いて、上型コア６及び下型コア１３を作成
し、これらを用いて上型４及び下型１１を組立てた。

【００２９】次に、ガラス素材（ＳＦ１０、ＳＣＨＯＴ
Ｔ社製、屈折率１．７２８２５、ガラス転移点４５３
℃）を予備加工して、目標形状に近い形状に仕上げたも
のを準備し、このガラス素材４０を下型１１のメスキャ
ビティに収容し、プレス成形を行った。なお、プレス成
形は、先ず、５８０℃に加熱して、５００ｋｇｆの荷重
を加えて１分間プレスし、その後、除荷して２００℃ま
で冷却しすることによって行った。

【００３０】なお、コイルバネ３２としては、耐熱温度
１０００℃の窒化珪素セラミック製で、コイル径１８．
４ｍｍ、バネ定数２．４５Ｎ／ｍｍ、荷重１．７２５ｋ
ｇｆを２個、使用した。このセラミック製のコイルバネ
を使用することで十分、プレス成形体４０を押出すこと
ができた。

【００３１】上記の方法で製作されたｆ・θレンズのＰ
−Ｖ値は、０．０３２μｍ、面粗度は、Ｒｙ＝０．０５
μｍであり、形成されたレンズ形状が、金型のコア形状
を確実に転写し、基準となる面も形成されていた。この
数値は十分、ｆ・θレンズの機能を果たすものであった なお、以上の例では、ＳＦ１０を用いた例について説明
したが、ｆ・θレンズの機能を果たすものであればガラ
ス材質が限定されるものではない。また、使用した金型
形状は、上型４がトーリック面、下型１１がシリンドリ
カル面であるが、本発明に基づくプレス成形用金型はプ
リズム等にも適用することが可能であり、形状について
特に限定されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】本発明の光学素子のプレス成形用金型を
使用すれば、プレス成形後の成形品が、ダイプレートに
埋め込まれているコイルバネの復元力によって、自動的
にメス型から押し出されるので、成形品の取り出しが容
易になる。これによって、オートローダ等の使用が可能
になり、プレス成形工程の無人化、省力化などの実現に
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくプレス成形用金型の概略構成
図、（ａ）はメス型コアの長手方向に沿った中央断面
図、（ｂ）は（ａ）に対して垂直方向の中央断面図を表
す。

【図２】本発明に基づくプレス成形用金型が使用される
プレス成形装置の全体構成を示す概略構成図。

【図３】シリンドリカル面とトーリック面を有するｆ・
θレンズの形状を表す図。

【符号の説明】

１・・・フレーム、２・・・固定軸、３・・・断熱筒、
４・・・上型（オス型）、５・・・ダイプレート、６・
・・オス型コア、７・・・固定ダイ（オス型ダイ）、８
・・・駆動装置、８ａ・・・サーボモータ、８ｂ・・・
荷重検出装置、９・・・移動軸、１０・・・断熱筒、１
１・・・下型（メス型）、１２・・・ダイプレート、１
３・・・メス型コア、１４・・・移動ダイ（メス型ダ
イ）、１５・・・ブラケット、１６・・・透明石英管、
１７・・・成形室、１９・・・ランプユニット、２０・
・・赤外線ランプ、２１・・・反射ミラー、２３、２４
・・・ガス供給路、２５・・・熱電対、２６・・・制御
装置、３１・・・支持プレート、３２・・・コイルバ
ネ、３３・・・貫通孔、３４・・・リターンピン、３５
・・・貫通孔、３６・・・上部ピン、、、３７・・・ガ
イド孔、３８・・・ガイドピン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正木 宏孝 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オス型及びメス型で構成される光学素子
   のプレス成形用金型において、 前記メス型は、 ダイプレートと、 ダイプレートの表面に固定され、中央に開口部を有する
   メス型ダイと、 この開口部に嵌合し、この開口部の側壁とともにメスキ
   ャビティを形成するメス型コアと、 メス型コアの背面側に固定された支持プレートと、 ダイプレートの表面に埋め込まれ、支持プレートを介し
   て背面側からメス型コアを支持するコイルバネと、 型締めの際、オス型がメス型に対して相対的に前進する
   動きに伴って、支持プレートを押し下げてコイルバネを
   圧縮し、支持プレートの背面をダイプレートの表面に密
   着させる手段とを備え、 プレス成形終了後、型開きの際、プレス成形品がメス型
   コアとともに前記コイルバネの復元力によって前記開口
   部から押出される様になっていることを特徴とする光学
   素子のプレス成形用金型。
2. 【請求項２】 オス型及びメス型で構成される光学素子
   のプレス成形用金型において、 前記メス型は、 ダイプレートと、 ダイプレートの表面に固定され、中央に開口部を有する
   とともに、この開口部の周囲に上下方向に貫通する複数
   の貫通孔が形成されたメス型ダイと、 この開口部に嵌合し、この開口部の側壁とともにメスキ
   ャビティを構成するメス型コアと、 メス型コアの背面側に固定された支持プレートと、 ダイプレートの表面に埋め込まれ、支持プレートを介し
   て背面側からメス型コアを支持するコイルバネと、 前記各貫通孔の中に配置されたリターンピンとを備え、 型締めの際、オス型がメス型に対して相対的に前進する
   動きに伴って、オス型でリターンピンを押し下げ、これ
   によって支持プレートを押し下げてコイルバネを圧縮
   し、支持プレートの背面をダイプレートの表面に密着さ
   せるとともに、プレス成形終了後、型開きの際、プレス
   成形品がメス型コアとともに前記コイルバネの復元力に
   よって前記開口部から押出される様になっていることを
   特徴とする光学素子のプレス成形用金型。
3. 【請求項３】 前記支持プレートは、前記メス型コアを
   支持する面の周囲に上下方向に貫通する複数のガイド穴
   を備えるとともに、 前記ダイプレートは、各ガイド穴に嵌合するガイドピン
   を備え、 前記支持プレートは、これらのガイドピンに沿って上下
   方向に移動することを特徴とする請求項２に記載の光学
   素子のプレス成形用金型。
4. 【請求項４】 前記リターンピンは、その一端が前記支
   持プレートに固定されるとともに、その他端が前記メス
   型ダイの表面から突出し、 型締めの際、前記オス型で前記リターンピンを押し下
   げ、これによって前記支持プレートを押し下げて前記コ
   イルバネを圧縮することを特徴とする請求項２に記載の
   光学素子のプレス成形用金型。
5. 【請求項５】 前記リターンピンは、その一端が前記支
   持プレートに固定されるとともに、その他端が前記メス
   型ダイの表面付近に位置し、 前記オス型は、このリターンピンに対応する位置に突起
   部を備え、 型締めの際、この突起部で前記リターンピンを押し下
   げ、これによって前記支持プレートを押し下げて前記コ
   イルバネを圧縮することを特徴とする請求項２に記載の
   光学素子のプレス成形用金型。