TWI469859B

TWI469859B - 成形裝置及成形方法

Info

Publication number: TWI469859B
Application number: TW101128141A
Authority: TW
Inventors: Takahiro Nakahashi; Hiroyuki Hanato
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2015-01-21
Also published as: US10286615B2; TW201313434A; US20140217626A1; JP2013075379A; JP5203493B2; WO2013046887A1; CN103813894A

Description

成形裝置及成形方法

本發明係關於成形裝置及成形方法，特別是關於可使透鏡等具有複雜形狀之成形物高精度成形之成形裝置及成形方法。

先前，為從樹脂材料使透鏡等之成形物成形，利用將具有用以轉印特定形狀之轉印面之鑄模之該轉印面抵壓於樹脂材料，使樹脂材料硬化，藉此使成形物成形之壓縮成形技術。作為上述樹脂材料，例如使用熱可塑性、熱硬化性或光硬化性之材料，藉由加熱樹脂材料或對樹脂材料照射光，藉此使樹脂材料硬化。

此類壓縮成形技術，於例如專利文獻1及2中有所揭示。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本公開專利公報「日本特開平03-099813號公報(1991年4月25日公開)」

[專利文獻2]日本公開專利公報「日本特開平10-180786號公報(1998年7月7日公開)」

近年來，對具有微細形狀之產品，期望進一步高精度化，例如在透鏡成形領域，隨著光學系統之高性能化，透鏡形狀之高精度化越發重要。然而，在上述先前之成形技術中，因成形物之形狀誤差較大，故有難以高精度化之問題。

具體而言，在專利文獻1及2所揭示之壓縮成形技術中，將轉印面抵壓於樹脂材料後，樹脂材料之硬化完成之前，鑄模之位置被固定。但，由於樹脂材料隨著硬化而收縮，故，鑄模之轉印面無法追隨於樹脂材料，從而成形物之尺寸將小於由轉印面所規定之尺寸。因此，有必要預先考慮樹脂材料之硬化收縮，而使轉印面之尺寸大於成形物之尺寸。藉此，成形物之形狀較複雜之情形或樹脂材料之硬化收縮率較大之情形，會導致成形物之形狀誤差較大。

本發明係為解決上述問題而完成者，其目的在於提供一種可將成形物高精度成形之成形裝置及成形方法。

為解決上述課題，本發明之成形裝置，其特徵係具備：第1鑄模，其具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第1轉印面；第2鑄模，其具有用以對上述介電質材料轉印特定形狀之第2轉印面，且該第2轉印面與上述第1轉印面對置；及硬化機構，其係使供給於上述第1轉印面上且抵壓上述第2轉印面之上述介電質材料硬化而將成形物成形；且具備：壓力施加機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化期間，對上述介電質材料施加壓力；及電場形成機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化期間，於上述第1鑄模與上述第2鑄模之間形成電場。

根據上述之構成，硬化機構在將第2鑄模之第2轉印面抵壓至供給於第1鑄模之第1轉印面上之材料之狀態下，使上述材料硬化，藉此使成形物成形。此處，硬化機構使材料硬化期間，材料會硬化收縮。對此，於材料硬化期間，藉由壓力施加機構對材料施加壓力，且於第1鑄模與第2鑄模之間形成電場，故，硬化完成之前，鑄模因由壓力與電場引起之靜電引力而追隨於材料，從而可維持鑄模與材料之接觸狀態。因此，可大幅降低因材料之硬化收縮引起的成形物之形狀誤差。

因此，可提供一種能夠將成形物高精度成形之成形裝置。

為解決上述課題，本發明之成形裝置，其特徵係具備：基板；鑄模，其具有用以對介電質材料轉印特定形狀之轉印面；及硬化機構，其係使供給於上述基板上且抵壓上述轉印面上述介電質材料硬化而使成形物成形；且具備：壓力施加機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化期間，對上述介電質材料施加壓力；及電場形成機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化期間，於上述鑄模與上述基板之間形成電場。

根據上述之構成，硬化機構在將鑄模之轉印面抵壓至供給於基板上之材料之狀態下，使上述材料硬化，藉此將成形物成形。此處，硬化機構使材料硬化期間，材料會硬化收縮。對此，材料硬化期間，藉由壓力施加機構對材料施加壓力，且於鑄模與基板之間形成電場，故，硬化完成之前，鑄模因由壓力與電場引起之靜電引力而追隨於材料，從而可維持鑄模與材料之接觸狀態。因此，可大幅降低因材料硬化收縮所引起的成形物之形狀誤差。

因此，可提供一種可使成形物高精度成形之成形裝置。

為解決上述課題，本發明之成形方法，其特徵係具備：供給步驟，其係於具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第1轉印面之第1鑄模之上述第1轉印面上供給介電質材料；及硬化步驟，其係在將具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第2轉印面之第2鑄模之上述第2轉印面抵壓至所供給之上述介電質材料之狀態下，使該介電質材料硬化而將成形物成形；且上述硬化步驟之間，對上述介電質材料施加壓力，且於上述第1鑄模與上述第2鑄模之間形成電場。

根據上述之構成，在將第2鑄模之第2轉印面抵壓至供給於第1鑄模之第1轉印面上之材料之狀態下，使上述材料硬化，藉此使成形物成形。此處，在硬化步驟中，材料會硬化收縮。對此，硬化步驟之間，對材料施加壓力，且於第1鑄模與第2鑄模之間形成電場，故，硬化完成之前，鑄模因由壓力及電場引起之靜電引力而追隨於材料，從而可維持鑄模與材料之接觸狀態。故，可大幅降低因材料硬化收縮引起的成形物之形狀誤差。

因此，可提供一種可使成形物高精度成形之成形方法。

為解決上述課題，本發明之成形方法，其特徵係具有：供給步驟，其係於基板上供給介電質材料；及硬化步驟，其係在將具有用以對介電質材料轉印特定形狀之轉印面之鑄模之上述轉印面抵壓至所供給之上述介電質材料之狀態下，使該介電質材料硬化而使成形物成形；且上述硬化步驟之間，對上述介電質材料施加壓力，且於上述基板與上述鑄模之間形成電場。

根據上述之構成，使上述材料在將鑄模之轉印面抵壓至供給於基板上之材料之狀態下硬化，藉此使成形物成形。此處，在硬化步驟中，材料會硬化收縮。對此，硬化步驟之間，對材料施加壓力，且於鑄模與基板之間形成電場，故，硬化完成之前，鑄模因由壓力與電場引起之靜電引力而追隨於材料，從而可維持鑄模與材料之接觸狀態。故，可大幅降低因材料硬化收縮所引起的成形物之形狀誤差。

因此，可提供一種可使成形物高精度成形之成形方法。

如以上般，本發明之成形裝置係包含具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第1轉印面之第1鑄模、具有用以對上述介電質材料轉印特定形狀之第2轉印面且該第2轉印面與上述第1轉印面對置之第2鑄模、及使供給於上述第1轉印面上且抵壓上述第2轉印面之上述介電質材料硬化而將成形物成形之硬化機構之成形裝置，且包含：壓力施加機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化期間，對上述介電質材料施加壓力；及電場形成機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化期間，於上述第1鑄模與上述第2鑄模之間形成電場。

又，本發明之成形方法係包含對具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第1轉印面之第1鑄模之上述第1轉印面上供給介電質材料之供給步驟、及使該介電質材料在將具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第2轉印面之第2鑄模之上述第2轉印面抵壓至所供給之上述介電質材料之狀態下硬化而使成形物成形之硬化步驟之成形方法，且上述硬化步驟之間，對上述介電質材料施加壓力，且於上述第1鑄模與上述第2鑄模之間形成電場。

因此，將發揮可提供一種可使成形物高精度成形之成形裝置及成形方法之效果。

以下，作為本發明之成形裝置之一例，關於將透鏡成形之透鏡成形裝置進行說明。

[實施形態1]

關於本發明之第1實施形態，若基於圖1至圖6說明，則如以下所述。

(透鏡成形裝置100之構成)

圖1係顯示本實施形態之透鏡成形裝置100之構成圖。透鏡成形裝置100係從樹脂材料將透鏡成形之裝置，且包含鑄模1、鑄模2、加熱裝置3a、3b、支撐裝置4、荷重元5、壓力控制部6、直流電源7、開關8、絕緣板9a、9b及絕熱板9c。

鑄模1係相當於申請專利範圍中揭示之第1鑄模者，設置於加熱裝置3a上。又，鑄模2係相當於申請專利範圍中揭示之第2鑄模者，藉由支撐裝置4被支撐於鑄模1之上方。

鑄模1具有用以對樹脂材料轉印特定之透鏡形狀之轉印面1a，且於轉印面1a之中心部形成有凹部。同樣，鑄模2亦具有用以對樹脂材料轉印特定之透鏡形狀之轉印面2a，且於轉印面2a之中心部形成有凹部。又，轉印面2a與轉印面1a對置。

加熱裝置3a、3b係相當於申請專利範圍中揭示之硬化機構者，藉由分別加熱鑄模1、2，使供給於鑄模1之轉印面1a上之樹脂材料硬化。加熱之開始/結束可藉由順序程式等進行控制，亦可以手動進行控制。

荷重元5設置於支撐裝置4與鑄模2之間。荷重元5檢測施加至自身之載荷，且將該載荷轉換成電性信號而輸出。來自荷重元5之電性信號被輸入至壓力控制部6。

支撐裝置4具有支撐體4a及驅動軸4b。支撐體4a接合於荷重元5，藉由驅動軸4b可伸縮。藉此，支撐裝置4可使鑄模2於圖中上下移動。

壓力控制部6係基於來自荷重元5之電性信號而進行支撐裝置4之支撐體4a之伸縮控制者。如後述般，壓力控制部6於供給至鑄模1、2間之樹脂材料硬化期間，以對該樹脂材料施加壓力之方式，控制支撐裝置4。

此外，壓力控制部6亦可內置於支撐裝置4內。又，支撐裝置4及壓力控制部6構成申請專利範圍中揭示之壓力施加機構。

直流電源7係相當於申請專利範圍中揭示之電場形成機構者。直流電源7之輸出電壓係例如6 KV，直流電源7經由開關8連接於鑄模2。另一方面，鑄模1連接於GND。再者，於鑄模1與加熱裝置3a之間，設置有絕緣板9a，於鑄模2與加熱裝置3b之間，設置有絕緣板9b。

絕熱板9c配置於加熱裝置3b與荷重元5之間。藉此，荷重元5不會受到由加熱裝置3b之熱之影響。

藉由上述之構成，接通開關8後，可於鑄模1與鑄模2之間形成電場。即，鑄模1、2亦作為用以形成電場之電極發揮功能。

此外，為形成電場，亦可於鑄模1中連接直流電源7，並使鑄模2接地。或，亦可不使鑄模1、2接地，而於鑄模1與鑄模2之間施加直流電壓。或，亦可代替直流電源7而使用交流電源形成電場。

(透鏡成形步驟)

接著，關於透鏡成形裝置100之透鏡成形步驟，參照圖2至圖6進行說明。

首先，如圖2所示，使用分注器10，於鑄模1之轉印面1a上供給樹脂材料11(供給步驟)。樹脂材料11係相當於申請專利範圍中揭示之介電質材料者，且在本實施形態中，係藉由加熱而硬化之熱硬化性樹脂，且係藉由給與電場而產生極化之介電質。

接著，如圖3所示，支撐裝置4使鑄模2移動至下方，而使鑄模2之轉印面2a抵壓於樹脂材料11。在該狀態下，利用加熱裝置3a、3b加熱鑄模1、2及樹脂材料11，藉此使樹脂材料11硬化(硬化步驟)。

樹脂材料11硬化期間，如圖4所示，對樹脂材料11施加壓力。具體而言，基於荷重元5檢測之載荷，壓力控制部6算出對硬化中途之樹脂材料11施加之壓力，以使該壓力成為特定值之方式控制支撐裝置4。再者，樹脂材料11硬化期間，藉由接通開關8，於鑄模1與鑄模2之間形成電場。

圖5係顯示樹脂材料11硬化時之狀態之模式圖。如同圖所示，因硬化收縮，樹脂材料11以與鑄模2接觸之部分自鑄模2分離之方式變形。與此相對，於硬化時對樹脂材料11施加壓力，且於鑄模1與鑄模2之間形成電場。

由於樹脂材料11係絕緣體，故，藉由介電極化，樹脂材料11之與鑄模2對置之部分(上側)帶負電，樹脂材料11之與鑄模1對置之部分(下側)帶正電。另一方面，鑄模2帶負電，鑄模1帶正電。因此，如圖中向上之箭頭所示，產生將樹脂材料11吸引至鑄模2之靜電引力。

因此，硬化完成之前，鑄模2追隨於樹脂材料11，而可維持鑄模2與樹脂材料11之接觸狀態。因此，可大幅降低因樹脂材料11硬化收縮引起的透鏡形狀之誤差。

硬化完成後，如圖6所示，支撐裝置4使鑄模2上升，將轉印面2a從樹脂材料11拉開。藉此，透鏡21成形。

(效果驗證)

圖7係顯示對樹脂材料施加之壓力及於鑄模間施加之電壓、與成形物之形狀誤差之關係之圖表。

在先前之成形裝置中，使樹脂材料硬化期間，由於2個鑄模之位置被固定，故，由樹脂材料硬化收縮所致之成形物之形狀誤差較大，在發明者之實驗中，先前之成形裝置之成形物之形狀誤差係0.2186 μm。另一方面，於樹脂材料硬化時施加10 N之壓力之情形，成形物之形狀誤差係0.1058 μm，再者，如本實施形態般，於樹脂材料硬化時施加10 N之壓力，且施加1.5 KV、4.5 KV、6.0 KV之電壓之情形之成形物之形狀誤差分別為0.0465 μm、0.0464 μm、0.0239 μm。特別是在施加電壓為6.0 KV之情形下，與僅施加壓力之情形相比，可使轉印精度提高約5倍，再者，與不施加壓力之構成相比，可使轉印精度提高約10倍。

如此般，向硬化中途之樹脂材料施加壓力，且於2個鑄模間形成電場，藉此可進一步減少成形物之形狀誤差。

特別是，使用硬化收縮率較大之樹脂材料之情形，在先前之成形裝置中，成形物之形狀誤差會非常大。相對於此，在本實施形態中，由於鑄模會追隨於樹脂材料，故可大幅改善成形物之形狀誤差。

[實施形態2]

關於本發明之第2實施形態，若基於圖8進行說明，則如以下所述。

圖8係顯示本實施形態之透鏡成形裝置200之構成圖。透鏡成形裝置200係從樹脂材料形成透鏡之裝置，且包含鑄模2、加熱裝置3a、3b、支撐裝置4、荷重元5、壓力控制部6、直流電源7、開關8及絕緣板9a、9b、絕熱板9c及基板12。即，透鏡成形裝置200係在上述實施形態1之透鏡成成形裝置100中將鑄模1置換成基板12之構成。

針對與上述實施形態1中說明之構件具有相同功能之構件，標註相同符號。另外，本實施形態之透鏡成形步驟與上述實施形態1之透鏡成形步驟大致相同。

如此，本發明不僅係藉由2個鑄模將成形物成形之構成，如本實施形態般，亦可應用於使用1個鑄模與1個基板將成形物成形之構成。

[實施形態之總結]

如以上般，利用本發明之成形裝置及成形方法，可將成形物高精度地成形。

另外，在驗證實驗中，雖將對樹脂材料施加之壓力設為10 N，但壓力之具體數值可根據所使用之樹脂材料的種類等而適當設定。此外，成形物之形狀較複雜之情形，由於樹脂材料之硬化收縮並非均等，故，即便所施加之壓力為使鑄模以硬化收縮量追隨之程度，形狀之精度仍不太提高。因此，期望鑄模之移動超過樹脂材料之硬化收縮，且施加鑄模積極按壓樹脂材料之程度之壓力。

又，樹脂材料硬化期間，對樹脂材料施加之壓力可一定，亦可變化。例如，隨著樹脂材料硬化之進行，可使施加之壓力逐漸降低。

又，在上述之各實施形態中，雖為經由上側之鑄模而對樹脂材料施加壓力之構成，但施加壓力之方向並非限定於此。例如，在圖1所示之構成中，亦可不使上側之鑄模2之位置變化，而藉由上推下側之鑄模1，對樹脂材料施加壓力之構成。同樣，在圖8所示之構成中，亦可不使鑄模2之位置變化，而藉由上推基板12，對樹脂材料施加壓力。

又，在上述之各實施形態中，雖使用熱硬化性樹脂作為樹脂材料，但並非限定於此。例如，亦可使用藉由照射UV而硬化之光硬化性樹脂。該情形時，代替加熱裝置，而使用UV照射裝置。

本發明並非限定於上述之各實施形態，在請求項所示之範圍內，可做各種變更，關於適當組合不同實施形態中分別揭示之技術步驟所獲得之實施形態，亦包含於本發明之技術範圍內。

(要點概要)

如以上般，在本發明之實施形態之成形裝置中，上述電場形成機構亦可藉由於上述第1鑄模與上述第2鑄模之間施加電壓，而形成上述電場。

在本發明之實施形態之成形方法中，亦可藉由於上述第1鑄模與上述第2鑄模之間施加電壓，而形成上述電場。

在本發明之實施形態之成形裝置中，上述電場形成機構亦可藉由於上述鑄模與上述基板之間施加電壓，而形成上述電場。

在本發明之實施形態之成形方法中，亦可藉由於上述基板與上述鑄模之間施加電壓，而形成上述電場。

在本發明之實施形態之成形裝置及成形方法中，較好的是，上述成形物係透鏡。

如上述般，由於本發明之實施形態之成形裝置及成形方法可將成形物高精度地成形，故，特別適合具有複雜形狀之透鏡之成形。

[產業上之可利用性]

本發明不僅是透鏡成形裝置及透鏡成形方法，可應用於用以使透鏡以外之所有成形物成形之成形裝置及成形方法。

1‧‧‧鑄模(第1鑄模)

1a‧‧‧轉印面(第1轉印面)

2‧‧‧鑄模(第2鑄模)

2a‧‧‧轉印面(第2轉印面)

3a‧‧‧加熱裝置(硬化機構)

3b‧‧‧加熱裝置(硬化機構)

4‧‧‧支撐裝置(壓力施加機構)

4a‧‧‧支撐體

4b‧‧‧驅動軸

5‧‧‧荷重元

6‧‧‧壓力控制部(壓力施加機構)

7‧‧‧直流電源(電場形成機構)

8‧‧‧開關

9a‧‧‧絕緣板

9b‧‧‧絕緣板

9c‧‧‧絕熱板

10‧‧‧分注器

11‧‧‧樹脂材料(介電質材料)

12‧‧‧基板

21‧‧‧透鏡(成形物)

100‧‧‧透鏡成形裝置(成形裝置)

200‧‧‧透鏡成形裝置(成形裝置)

圖1係顯示本發明之第1實施形態之透鏡成形裝置之構成圖。

圖2係顯示在圖1所示之透鏡成形裝置中，於鑄模之轉印面上供給樹脂材料之狀態之圖。

圖3係顯示對樹脂材料抵壓鑄模之轉印面之狀態之圖。

圖4係顯示一方面於鑄模間形成電場而施加壓力，並使樹脂材料硬化之狀態之圖。

圖5係顯示樹脂材料硬化時之狀態之模式圖。

圖6係顯示從已硬化之樹脂材料拉開鑄模之轉印面之狀態之圖。

圖8係顯示本發明之第2實施形態之透鏡成形裝置之構成圖。

1‧‧‧鑄模

1a‧‧‧轉印面

2‧‧‧鑄模

2a‧‧‧轉印面

3a‧‧‧加熱裝置

3b‧‧‧加熱裝置

4‧‧‧支撐裝置

4a‧‧‧支撐體

4b‧‧‧驅動軸

5‧‧‧荷重元

6‧‧‧壓力控制部

7‧‧‧直流電源

8‧‧‧開關

9a‧‧‧絕緣板

9b‧‧‧絕緣板

9c‧‧‧絕熱板

100‧‧‧透鏡成形裝置

Claims

一種成形裝置，其特徵係包含：第1鑄模，其具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第1轉印面；第2鑄模，其具有用以對上述介電質材料轉印特定形狀之第2轉印面，且該第2轉印面與上述第1轉印面對置；及硬化機構，其使供給於上述第1轉印面上且抵壓有上述第2轉印面之上述介電質材料硬化而將成形物成形；且包含：壓力施加機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化期間，對上述介電質材料施加壓力；及電場形成機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化之期間中，開始上述第1鑄模與上述第2鑄模之間之電場之形成。
一種成形裝置，其特徵係包含：基板；鑄模，其具有用以對介電質材料轉印特定形狀之轉印面；及硬化機構，其係使供給於上述基板上且抵壓有上述轉印面之上述介電質材料硬化而使成形物成形；且包含：壓力施加機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化期間，對上述介電質材料施加壓力；及電場形成機構，其係於上述硬化機構使上述介電質材料硬化之期間中，開始上述鑄模與上述基板之間之電場之形成。
如請求項1之成形裝置，其中上述電場形成機構藉由於上述第1鑄模與上述第2鑄模之間施加電壓，而形成上述電場。
如請求項2之成形裝置，其中上述電場形成機構藉由於上述鑄模與上述基板之間施加電壓，而形成上述電場。
如請求項1至4中任一項之成形裝置，其中上述成形物係透鏡。
一種成形方法，其特徵係包含：供給步驟，其係於具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第1轉印面之第1鑄模之上述第1轉印面上供給介電質材料；及硬化步驟，其係在將具有用以對介電質材料轉印特定形狀之第2轉印面之第2鑄模之上述第2轉印面抵壓至所供給之上述介電質材料之狀態下，使該介電質材料硬化而使成形物成形；且於上述硬化步驟期間，對上述介電質材料施加壓力，且於使上述介電質材料硬化之期間，開始上述第1鑄模與上述第2鑄模之間之電場之形成。
一種成形方法，其特徵係包含：供給步驟，其係於基板上供給介電質材料；及硬化步驟，其係在將具有用以對介電質材料轉印特定形狀之轉印面之鑄模之上述轉印面抵壓至所供給之上述介電質材料之狀態下，使該介電質材料硬化而使成形物成形；且於上述硬化步驟期間，對上述介電質材料施加壓力，且於使上述介電質材料硬化之期間，開始上述基板與上述鑄模之間之電場之形成。
如請求項6之成形方法，其中藉由於上述第1鑄模與上述第2鑄模之間施加電壓，而形成上述電場。
如請求項7之成形方法，其中藉由於上述基板與上述鑄模之間施加電壓，而形成上述電場。
如請求項6至9中任一項之成形方法，其中上述成形物係透鏡。