(57)【要約】【課題】光学素子の表面への傷の発生を確実に抑えることが可能な成形方法及び成形装置を提供すること。【解決手段】成形用金型２００でプリフォーム６０をプレス成形する際の成形方法であって、成形用金型２００でプリフォーム６０をプレスする過程において、成形後の光学素子の表面に生じる傷の発生を抑えるため、所定のタイミングでプレス速度を遅くする。中心部からのプリフォーム６０の移動量が大きくなっているタイミング以前にプレス速度を低下させることで、転写面１０ｃとプリフォーム６０が相対的に移動することによる傷の発生を確実に抑えることが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用金型で成形素材をプレス成形する際の成形方法であって、
前記成形用金型で成形素材をプレスする過程において、成形後の光学素子の表面に生じる傷の発生を抑えるため、所定のタイミングでプレス速度を遅くすることを特徴とする、成形方法。
【請求項２】
前記成形素材と前記成形用金型とが接触する領域の直径が、成形前の前記成形素材の最大外径の１／２に達したタイミング以降で、前記プレス速度を遅くすることを特徴とする、請求項１に記載の成形方法。
【請求項３】
前記成形素材と前記成形用金型とが接触する領域の外周において、前記成形用金型の転写面とプレス方向との成す角度が５０°以下となるタイミング以降で前記プレス速度を遅くすることを特徴とする、請求項１に記載の成形方法。
【請求項４】
前記プレス速度を２ｍｍ／ｍｉｎ以下に遅くすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の成形方法。
【請求項５】
成形用金型で成形素材をプレス成形する成形装置であって、
前記成形素材をプレス成形するため、前記成形用金型を駆動する駆動部と、
前記成形用金型で成形素材をプレスする過程において、成形後の光学素子の表面に生じる傷の発生を抑えるため、所定のタイミングでプレス速度を遅くする制御部と、
を備えることを特徴とする、成形装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記成形素材と前記成形用金型とが接触する領域の直径が、成形前の前記成形素材の最大外径の１／２に達したタイミング以降で、前記プレス速度を遅くすることを特徴とする、請求項５に記載の成形装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記成形素材と前記成形用金型とが接触する領域の外周において、前記成形用金型の転写面とプレス方向との成す角度が５０°以下となるタイミング以降で前記プレス速度を遅くすることを特徴とする、請求項５に記載の成形装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記プレス速度を２ｍｍ／ｍｉｎ以下まで遅くすることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形装置及び成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、樹脂材料を素材として光学レンズ素子を加熱して成形する場合、１対の型部材の間に素材となるプリフォームを挿入し、それぞれの型部材を所定間隔まで近接させてプリフォームをプレスする。例えば、下記の特許文献１には、金型の押圧力、押付速度、押付位置などを制御するガラス成形機の制御装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７２８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガラス、樹脂材料を素材として光学素子を成形する際に、成形条件によっては、成形後のレンズの表面に図６に示すような放射状の傷が生じる場合がある。特に、金型でプリフォームをプレスする際に、金型の転写面に沿ってガラス材料が移動する速度が大きい場合は、図６に示すような成形された光学素子の表面に引掻きキズのような傷が生じ易くなる。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、光学素子の表面への傷の発生を抑えることが可能な、新規かつ改良された成形方法及び成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、成形用金型で成形素材をプレス成形する際の成形方法であって、前記成形用金型で成形素材をプレスする過程において、前記光学素子の表面に生じる傷の発生を抑えるため、所定のタイミングでプレス速度を遅くする成形方法が提供される。
【０００７】
また、前記成形素材と前記成形用金型とが接触する領域の直径が、成形前の前記成形素材の最大外径の１／２に達したタイミング以降で、前記プレス速度を遅くするものであってもよい。
【０００８】
また、前記成形素材と前記成形用金型とが接触する領域の外周において、前記成形用金型の転写面とプレス方向との成す角度が５０°以下となるタイミング以降で前記プレス速度を遅くするものであってもよい。
【０００９】
また、前記プレス速度を２ｍｍ／ｍｉｎ以下に遅くするものであってもよい。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、成形用金型で成形素材をプレス成形する成形装置であって、前記成形素材をプレス成形するため、前記成形用金型を駆動する駆動部と、前記成形用金型で成形素材をプレスする過程において、前記光学素子の表面に生じる傷の発生を抑えるため、所定のタイミングでプレス速度を遅くする制御部と、を備えることを特徴とする、成形装置が提供される。
【００１１】
また、前記制御部は、前記成形素材と前記成形用金型とが接触する領域の直径が、成形前の前記成形素材の最大外径の１／２に達したタイミング以降で、前記プレス速度を遅くすることものであってもよい。
【００１２】
また、前記制御部は、前記成形素材と前記成形用金型とが接触する領域の外周において、前記成形用金型の転写面とプレス方向との成す角度が５０°以下となるタイミング以降で前記プレス速度を遅くするものであってもよい。
【００１３】
また、前記制御部は、前記プレス速度を２ｍｍ／ｍｉｎ以下まで遅くするものであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光学素子の表面への傷の発生を確実に抑えることが可能な成形方法及び成形装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態にかかる光学素子の成形用金型２００を示す模式図である。成形用金型２００は、ガラス、樹脂等を材料とする光学素子（レンズ）を成形するものであって、上型１０と、下型２０と、胴型３０を有して構成されている。
【００１７】
光学素子は、例えば、各種カメラ、光通信機器、光ピックアップ等に用いられるものであり、ガラス、樹脂等を材料として、加熱された成形用金型２００により加圧成形される。
【００１８】
図１に示すように、光学素子の成形時には、上型１０と下型２０が胴型３０を介して連結される。上型１０と下型２０を連結した状態では、上型１０と下型２０との間にキャビティ５０が形成される。光学素子は、キャビティ５０の中に光学素子の材料である光学硝材（プリフォーム６０）を配置し、加熱した状態で上型１０に対して下型２０を押圧することで、加熱・加圧成形される。
【００１９】
上型１０は、円柱状の外周面１０ａを有している。また、上型１０には、その本体部から下方に突出するように、光学素子の一方の側のレンズ面（光学機能面）を転写するための転写面１０ｃが設けられている。
【００２０】
一方、下型２０は、円柱状の外周面２０ａを有している。また、下型２０の上面には、光学素子の他方の側のレンズ面（光学機能面）を転写するための転写面２０ｃが設けられている。
【００２１】
胴型３０は筒状に構成され、胴型３０の内面には、下型２０の外周面２０ａが摺動可能に嵌合した状態で挿入され、また、上型１０の外周面１０ａが摺動可能に嵌合した状態で挿入される。これにより、胴型３０を介して上型１０と下型２０の位置を精度良く規定することができ、転写面１０ｃと転写面２０ｃを正確に位置合わせすることができる。また、下型２０に対する上型１０の倒れも最小限に抑えることができる。
【００２２】
図１に示す状態では、上型１０の転写面１０ｃの先端と、下型２０の転写面２０ｃの底との距離はａである。そして、図１に示す状態から上型１０がａ−αだけ下降すると、上型１０の本体部のフランジが胴型３０の上端面に当接するように構成されている。これにより、成形された光学素子の厚さ（中心厚）がαとなるように構成されている。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る成形装置１００の構成を示す模式図である。成形装置１００は、成形用金型２００が投入される成形室１０２と、下側プレス部材１２０を駆動するサーボモータ１３０、伝達機構１４０、ロードセル１５０、制御部１６０等の構成要素が配置された機器配置室１０４とを有している。
【００２４】
上側プレス部材１１０は、成形室１０２の上部に固定されている。一方、下側プレス部材１２０は、サーボモータ１３０の駆動力を受けた伝達機構１４０によって、上下方向に駆動される。ロードセル１５０は、下側プレス部材１２０にかかる圧力（素材をプレスする力）を測定する。サーボモータ１３０には、その駆動軸の回転位置、回転速度を検出するためのエンコーダが設けられている。また、成形室１０２には、成形室１０２内に投入された成形用金型２００を加熱するための加熱ランプ１０６と、成形室１０２内の温度（成形用金型２００の温度）を検出するための温度センサ１７０が設けられている。
【００２５】
制御部１６０は、サーボモータ１３０の駆動を制御する機能ブロックであり、ＣＰＵ等の演算処理装置から構成される。制御部１６０は、サーボモータ１３０の回転位置、回転速度、ロードセル１５０で測定された圧力、温度センサ１７０で検出された成形室１０２内の温度等に基づいて、サーボモータ１３０の駆動を制御する。制御部１６０は、サーボモータ１３０の回転角度位置と伝達機構１４０の仕様（減速比等）に基づいて、下側プレス部材１２０（下型２０）の上下方向の位置（Ｚ位置）を算出することができる。このため、制御部１６０には、サーボモータ１３０から回転角度位置、回転速度が入力される。また、制御部１６０には、ロードセル１５０で測定された荷重、及び温度センサ１７０で検出された温度が入力される。また、制御１６０は、加熱ランプ１０６による加熱を制御する。
【００２６】
制御部１６０は、通常、ロードセル１５０で測定された荷重が一定値となるように、サーボモータ１３０の駆動を制御する（トルク制御モード）。一方、制御部１６０は、回転速度が一定となるようにサーボモータ１３０の駆動を制御することもできる（速度制御モード）。
【００２７】
成形室１０２に投入された成形用金型２００は、上側プレス部材１１０と下側プレス部材１２０の間に配置され、下側プレス部材１２０が上方向に駆動されると、上型１０の上面が上側プレス部材１１０と当接し、下型２０の下面は下側プレス部材１２０と当接する。これにより、上型１０と下型２０とは相対的に近接する方向へ駆動される。
【００２８】
光学素子の成形時には、加熱ランプ１０６により成形用金型２００およびプリフォーム６０がガラスの屈伏点近くの温度まで加熱される。また、下型２０の転写面２０ｃ上に光学素子の母材であるプリフォーム６０が載置されて、成形装置１００内で上側プレス部材１１０に対して下側プレス部材１２０が近接する方向に駆動される。
【００２９】
そして、上型１０、下型２０およびプリフォーム６０を加熱した状態で上型１０に対して下型２０を押圧し、転写面１０ｃと転写面２０ｃの間隔が所定値αとなるまでプレスすることで、プリフォーム６０が転写面１０ｃ、転写面２０ｃの間で押圧されて、所望の形状・厚みを有する光学素子が成形される。
【００３０】
図３は、図１に示す成形用金型２００により、球形のプリフォーム６０をプレスしている様子を示す模式図である。図３（Ａ）に示すように、下型２０の転写面２０ｃ上にプリフォーム６０を載置した状態で下型２０を上昇させ、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示す状態を順次に経て、図３（Ｄ）に示すような光学素子６２が成形される。
【００３１】
図３に示すように、上型１０の転写面１０ｃは凸面とされている。また、下型２０の転写面２０ｃは凹面とされている。このような形状の成形用金型２００でプリフォーム６０をプレス成形した場合、図３（Ｂ）〜図３（Ｄ）に示すように、転写面１０ｃの表面、および転写面２０ｃの表面に沿ってプリフォーム６０が横方向に拡がる。プリフォーム６０の転写面１０ｃ，２０ｃと接触している面が転写面１０ｃ，２０ｃに対して図３中の矢印方向に広がっていくに従って、プリフォーム６０内のガラス材料は、中心部から周辺部に向かって移動する。このため、前述したように、転写面１０ｃ，２０ｃに沿ってガラス材料が移動する速度が大きい場合は、図６に示すような傷が発生し易くなるものと考えられる。
【００３２】
以上の観点から、本発明者らは、プリフォーム６０の転写面１０ｃ，２０ｃと接触している面が、転写面１０ｃ、２０ｃに対して相対的に移動する場合であっても、プレス過程の所定のタイミングでプレス速度を低下させることにより傷の発生を抑えることができることを実験等により確認した。特に、プレスによる変形が光学素子６２の周辺部に達する段階（光学素子６２の周辺部が成形される段階）では、中心部から図３中の矢印方向に移動してきたプリフォームの移動量が大きくなるため、この段階でプレス速度を低下させることで、傷の発生を確実に抑えることが可能であることを確認した。
【００３３】
ここで、プリフォーム６０と転写面１０ｃとが接触する領域の最外周位置（図３中に示す点Ｐ）において、転写面１０ｃの接線Ｌを定義した場合、上型１０の転写面１０ｃが凸面の場合、接線Ｌとプレス方向とが成す角度θは、点Ｐが周辺に位置するほど小さくなる。従って、接線Ｌの角度θは、プレス工程の進行のレベルを表しており、角度θが小さくなるほど、プリフォーム６０は周辺部に移動していることになる。
【００３４】
同様に、プリフォーム６０と転写面２０ｃとが接触する領域の最外周位置（図３中に示す点Ｐ’）において、転写面２０ｃの接線Ｌ’を定義した場合、下型２０の転写面２０ｃが凹面の場合、接線Ｌ’とプレス方向とが成す角度θ’は、点Ｐ’が周辺に位置するほど小さくなる。従って、接線Ｌ’の角度θ’もプレス工程の進行のレベルを表しており、角度θ’が小さくなるほど、プリフォーム６０は周辺部に移動していることになる。
【００３５】
そして、本実施形態では、プリフォーム６０の周辺への移動量が大きくなった場合、すなわち、角度θまたは角度θ’が所定の角度以下になった場合は、この段階でプレス速度を低下させるようにしている。より詳細には、上型１０の転写面１０ｃが凸面の場合、θが５０°以下になるタイミングでプレス速度を低下させると、傷の発生を確実に抑止することが可能であった。一方、プレス速度を低下させなかった場合は傷の発生を抑えることができなかった。同様に、下型２０の転写面２０ｃが凹面の場合、θ’が５０°以下になるタイミングでプレス速度を低下させた場合は傷の発生を確実に抑止することが可能であったが、プレス速度を低下させなかった場合は傷の発生を抑えることができなかった。
【００３６】
従って、角度θまたは角度θ’のいずれかが５０°になるタイミング以降では、プレス速度を低下させることで、傷の発生を確実に抑えることが可能である。
【００３７】
プリフォーム６０をプレスする過程では、通常、５ｍｍ／ｍｉｎ〜１０ｍｍ／ｍｉｎ程度のプレス速度で下側プレス部材１２０を上昇させる。プレス速度を低下させる際は、２ｍｍ／ｍｉｎ程度以下まで低下させることが望ましい。これにより、光学素子６２の表面への傷の発生を確実に抑えることが可能である。
【００３８】
なお、プレス開始から一定のプレス速度で成形を行う場合、２ｍｍ／ｍｉｎ程度以下のプレス速度でプレスを行うことで、傷の発生を抑えることが可能である。
【００３９】
図４は、成形後の光学素子に形状が近似しているプリフォーム６４をプレスしている様子を示す模式図である。図４の例においても、下型２０の転写面２０ｃ上にプリフォーム６４を載置した状態で下型２０を上昇させ、図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）に示す状態を順次に経て、図４（Ｅ）に示すような光学素子６６が成形される。図４（Ａ）に示すように、プリフォーム６４の形状は、完成した光学素子６６より厚く、光学素子６６よりも外径は小さいが、予め光学素子６６に近似した形状に形成されている。
【００４０】
このような近似形状のプリフォーム６４を用いる場合においても、完成した光学素子６６の直径に対してプリフォーム６４の直径が小さいため、プレス過程において、プリフォーム６４の転写面１０ｃ，２０ｃと接触している面は、転写面１０ｃ、２０ｃに対して図４中の矢印方向に相対的に移動する。従って、図４の場合においても、プレス速度が遅くなると、図６に示すような傷が発生する場合がある。
【００４１】
このため、本実施形態では、プリフォーム６４と上型１０の転写面１０ｃが接触する領域の最外周位置（図４中に示す点Ｐ）を通る円の直径ｄ１、またはプリフォーム６４と下型２０の転写面２０ｃが接触する領域の最外周位置（図４中に示す点Ｐ’）を通る円の直径ｄ１’が、プリフォーム６２の元の外径Ｄの１／２以上となるタイミング以降では、プレス速度を低下させるようにしている。ここで、図４（Ｂ）では、Ｄ＝ｄ１／２の状態を示している。従って、図４（Ｂ）以降のタイミングでプレス速度を低下させると、傷の発生を確実に抑えることができる。
【００４２】
直径ｄ１または直径ｄ１’が、プリフォーム６２の元の外径Ｄの１／２以上になると、光学素子６６の周辺部のプレスが進行しており、中心から図４中の矢印方向に移動してきたプリフォーム６４の移動量が大きくなる。従って、Ｄ＝ｄ１／２またはＤ＝ｄ１’／２となるタイミング以降では、プレス速度を低下させることで、傷の発生を確実に抑えることができる。
【００４３】
図４（Ｄ）は、Ｄ＝ｄ１の状態を示している。成形条件によって、Ｄ＝ｄ１（またはＤ＝ｄ１’）となるまでプレス速度を低下させなくても傷が発生しない場合は、Ｄ＝ｄ１またはＤ＝ｄ１’となるタイミング以降でプレス速度を低下させることが好適である。これにより、成形時間を短縮することができる。
【００４４】
図５は、上下に凸面を有する光学素子６９をプレスしている様子を示す模式図である。図５の例においても、下型２０の転写面２０ｃ上にプリフォーム６８を載置した状態で下型２０を上昇させ、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）に示す状態を順次に経て、図５（Ｅ）に示すような光学素子６９が成形される。この場合においても、プリフォーム６８の外径が比較的小さい場合は、所望の外径に成形されるまでの間、プリフォーム６８の転写面１０ｃ，２０ｃと接触している面は、転写面１０ｃ、２０ｃに対して図５中の矢印方向に相対的に移動する。従って、図５の場合においても、プレス速度が遅くなると、図６に示すような傷が発生する場合がある。
【００４５】
このため、図５の場合においても、プリフォーム６８と上型１０の転写面１０ｃが接触する領域の最外周位置（図５中に示す点Ｐ）を通る円の直径ｄ２、またはプリフォーム６８と下型２０の転写面２０ｃが接触する領域の最外周位置（図５中に示す点Ｐ’）を通る円の直径ｄ２’が、プリフォーム６８の元の外径Ｄの１／２以上となるタイミング以降では、プレス速度を低下させる。ここで、図５（Ｂ）は、Ｄ＝ｄ２’／２の状態を示している。従って、図５（Ｂ）以降のタイミングでプレス速度を低下させると、傷の発生を確実に抑えることができる。
【００４６】
図４の場合と同様に、直径ｄ２または直径ｄ２’がプリフォーム６８の元の外径Ｄの１／２以上になった状態では、光学素子６９の周辺部のプレスが進行しており、中心から図５中の矢印方向に移動してきたプリフォーム６８の移動量が大きくなる。従って、Ｄ＝ｄ２／２またはＤ＝ｄ２’／２となるタイミング以降ではプレス速度を低下させることで、傷の発生を確実に抑えることができる。
【００４７】
図５（Ｄ）は、Ｄ＝ｄ２の状態を示している。成形条件によって、Ｄ＝ｄ２（またはＤ＝ｄ２’）となるまでプレス速度を低下させなくても傷が発生しない場合は、Ｄ＝ｄ２またはＤ＝ｄ２’となるタイミング以降でプレス速度を低下させることが好適である。これにより、成形時間を短縮することができる。
【００４８】
図３の場合、θおよびθ’が５０°になるタイミングでの下側プレス部材１２０のＺ位置を実験、シミュレーションにより予め取得しておく。同様に、図４、図５の場合は、直径ｄ１，ｄ１’または直径ｄ２，ｄ２’がプリフォーム６４，６８の元の外径Ｄの１／２となるタイミングでの下側プレス部材１２０のＺ位置を予め取得しておく。制御部１６０は、下側プレス部材１２０が予め取得されたＺ位置に達した場合は、プレス速度を低下させるように制御を行う。
【００４９】
以上説明したように本実施形態によれば、プリフォーム６０，６４，６８と転写面１０ｃ，２０ｃが接触する領域の最外周位置が、所定の条件を満たすタイミングでは、中心部からのプリフォーム６０，６４，６８の移動量が大きくなっているため、このタイミング以前にプレス速度を低下させることで、転写面１０ｃ，２０ｃとプリフォーム６０，６４，６８が相対的に移動することによる傷の発生を確実に抑えることが可能となる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の各実施形態にかかる光学素子の成形用金型を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る成形装置の構成を示す模式図である。
【図３】図１に示す成形用金型により、球形のプリフォームをプレスしている様子を工程順に示す模式図である。
【図４】成形後の光学素子に形状が近似しているプリフォームをプレスしている様子を工程順に示す模式図である。
【図５】上下に凸面を有する光学素子をプレスしている様子を工程順に示す模式図である。
【図６】成形後のレンズの表面に放射状の傷が生じた状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００    成形装置
１３０    モータ
１６０    制御部
２００    成形用金型
【図１】
2010013334.tif 000003
【図２】
2010013334.tif 000004
【図３】
2010013334.tif 000005
【図４】
2010013334.tif 000006
【図５】
2010013334.tif 000007
【図６】
2010013334.tif 000008