(57)【要約】【課題】プレス成形型に荷重を加える押圧手段に改良を加えて、偏心精度を劣化させることなくプレス成形を行うことのできるモールドプレス成形装置、そのプレスヘッド、および光学素子の製造方法を提案すること。【解決手段】プレス成形型１のプレス時に、まず、第１プレスヘッド１１によって胴型４を下型２のフランジ２２の受け面２３に圧接して、胴型４および下型２の相互の位置決めを行い、この状態を保持したまま、第２プレスヘッド１２により、上型３に荷重を加えて成形素材Ｗをプレス成形する。成形素材Ｗのプレス成形時に、胴型４、下型２が傾きなく固定され、これを圧接している第１プレスヘッド１１も固定され、これによってガイドされる第２プレスヘッド１２によって傾きなく上型３が押圧され、上下の型の相対的な傾きの発生を確実に抑制でき、高い形状精度を有する光学素子を製造できる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形面を有する第１の型と、
この第１の型に対向配置された成形面を有する第２の型と、
これら第１および第２の型を同軸状に挿嵌する胴型と、
前記第１および第２の型の前記成形面同士を近接する方向に相対的に移動させることにより、これら成形面の間に配した成形素材をプレス成形する押圧手段とを有し、
前記押圧手段は、
前記胴型を位置決め用の基準面に圧接させることによって当該胴型の位置決めを行う圧接手段と、
前記圧接手段にガイドされながら前記第１の型を押圧する荷重印加手段とを備えていることを特徴とするモールドプレス成形装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記基準面は前記第２の型に形成されており、
前記圧接手段によって前記胴型が前記基準面に圧接することによって、これら胴型および第２の型の相互の位置決めが行われることを特徴とするモールドプレス成形装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記圧接手段は筒状の第１プレスヘッドを有し、
前記荷重印加手段は、前記第１プレスヘッドの内側に挿嵌された第２プレスヘッドを有し、
前記押圧手段は、さらに、前記第２プレスヘッドの押圧動作に伴って、前記第１プレスヘッドを前記第２プレスヘッドの押圧動作方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とするモールドプレス成形装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１プレスヘッドは、前記胴型における前記第１の型が挿入されている側の軸方向端面に当接可能な押圧面を備えており、
この押圧面には、前記第２プレスヘッドの軸方向移動を許容する穴が開口していることを特徴とするモールドプレス成形装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のうちのいずれかの項において、
前記第２プレスヘッドは、前記第１プレスヘッドの前記押圧面と実質的に平行な押圧面と、前記第１プレスヘッドの内周面と摺接可能な大径部とを備えており、
前記第２プレスヘッドの前記押圧面および前記大径部の外周面とが直交するように形成されていることを特徴とするモールドプレス成形装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第２プレスヘッドの前記大径部の軸方向長さは、当該第２プレスヘッドにおける当該大径部から前記押圧面までの軸方向長さよりも長いことを特徴とするモールドプレス成形装置。
【請求項７】
請求項２ないし６のうちのいずれかの項において、
前記第２の型は軸方向端部に形成された大径のフランジを備え、
このフランジには、前記押圧手段の押圧動作方向と直交する前記基準面が形成されており、
前記胴型が前記圧接手段によって押圧されて前記基準面と密着したときに、前記胴型の直立方向と前記押圧手段の押圧動作方向とが一致するようになっていることを特徴とするモールドプレス成形装置。
【請求項８】
対向する成形面を有する第１および第２の型と、これら第１および第２の型を同軸状に挿嵌する胴型とを有する成形型内の成形素材をプレス成形するために、当該成形型を押圧するモールドプレス成形装置のプレスヘッドであって、
前記胴型を位置決め用の基準面に圧接させることによって当該胴型の位置決めを行う圧接手段と、
この圧接手段によってガイドされながら前記第１の型を押圧する荷重印加手段とを有していることを特徴とするモールドプレス成形装置用プレスヘッド。
【請求項９】
請求項８において、
前記圧接手段は筒状の第１プレスヘッドを有し、
前記荷重印加手段は、前記第１プレスヘッドの内側に挿嵌された第２プレスヘッドを有し、
さらに、前記第２プレスヘッドの押圧動作に伴って、前記第１プレスヘッドを前記第２プレスヘッドの押圧動作方向に付勢する付勢手段を有していることを特徴とするモールドプレス成形装置用プレスヘッド。
【請求項１０】
請求項８または９において、
前記第１プレスヘッドは、前記胴型における前記第１の型が挿入されている側の軸方向端面に当接可能な押圧面を備えており、
この押圧面には、前記第２プレスヘッドの軸方向移動を許容する穴が開口していることを特徴とするモールドプレス成形装置用プレスヘッド。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のうちのいずれかの項において、
前記第２プレスヘッドは、前記第１プレスヘッドの前記押圧面と実質的に平行な押圧面と、前記第１プレスヘッドの内周面と摺接可能な大径部とを備えており、
前記第２プレスヘッドの前記押圧面および前記大径部の外周面とが直交するように形成されていることを特徴とするモールドプレス成形装置用プレスヘッド。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第２プレスヘッドの前記大径部の軸方向長さは、当該第２プレスヘッドにおける前記大径部から前記押圧面までの軸方向長さよりも長いことを特徴とするモールドプレス成形装置用プレスヘッド。
【請求項１３】
請求項１ないし７のうちのいずれかの項に記載のモールドプレス成形装置を用いて、加熱軟化した成形素材をプレス成形して光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
前記胴型を位置決めするために、前記圧接手段により前記胴型を前記基準面に圧接する圧接工程と、
前記胴型を圧接した状態で、前記荷重印加手段により前記第１の型に荷重を加える荷重印加工程とを含む光学素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項３ないし７のうちのいずれかの項に記載のモールドプレス成形装置を用いて、加熱軟化した成形素材をプレス成形して光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
前記圧接手段により前記胴型を前記基準面に圧接した状態で、前記荷重印加手段により前記第１の型に荷重を加える荷重印加工程を含み、
前記荷重印加工程において前記第２プレスヘッドにより荷重を印加する際、前記付勢手段の付勢力により、前記第１プレスヘッドの前記胴型への押圧力を高めることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１５】
成形面を有する第１の型、前記第１の型に対向配置された成形面を有する第２の型、および、これら第１および第２の型を同軸状に挿嵌する胴型を備えた成形型における、前記成形面の間に成形素材を供給する供給工程と、
前記成形素材を、プレス成形に適した状態となるように、加熱して軟化させる加熱工程と、
この状態で、前記成形型を押圧して前記成形素材をプレス成形するプレス工程を含み、
前記プレス工程は、所定温度域において前記成形素材が所定肉厚となるところまで加圧する第１プレス工程と、第１プレスヘッドおよび第２プレスヘッドを備えた押圧手段によって、前記第１プレス工程より低温において更に前記成形素材を加圧する第２プレス工程とを含み、
前記第２プレス工程は、前記第１プレスヘッドによって前記胴型を前記第２の型の少なくとも一部に圧接することにより、当該第１プレスヘッド、前記胴型および前記第２の型を相互に位置決めする圧接工程と、これらの位置決め状態を保持したまま、前記第１プレスヘッドによってガイドされる前記第２プレスヘッドを用いて、前記第１の型に荷重を加える荷重印加工程とを含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記荷重印加工程では、前記第２プレスヘッドの移動に伴って、前記第１プレスヘッドの前記胴型への押圧力を高めることを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス等の成形素材を、精密加工を施したプレス成形型によってプレス成形することにより、被成形面を研削・研磨することなく光学素子を製造する光学素子の製造方法、およびそのために用いるモールドプレス成形装置に関するものである。さらに詳しくは、モールドプレス成形装置におけるプレス成形型を加圧するための押圧手段(プレスヘッド)、および当該押圧手段によってプレスされるプレス成形型の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高精度非球面レンズ等の光学素子をプレス成形により製造する方法が知られている。このような方法によれば、従来行われてきた複雑な非球面の研磨工程は省かれるので、同形状の光学素子を多量且つ安価に製造することが可能である。
【０００３】
近年においては、高画素の撮像光学系や、高NAのピックアップレンズの需要とともに、光学素子に要求される、第１面と第2面の同軸性は益々厳しくなっている。従って、成形型における、上下型の軸の相互の傾き(ティルト)を抑制し、上下型の水平方向の軸ズレ(シフト)を抑制するために、成形型の構造の改良のみで対応するには限界があり、成形型の押圧方法、押圧手段の改良が図られている。また、成形難度の高い形状の光学素子、例えば凹メニスカスレンズや、両凹レンズなどは、荷重の印加を経時変化させる、複数段階のプレスによって良好な面精度を得るようにしている。
【０００４】
例えば、特許文献１(特開平１１−０３５３３３号公報)には、加熱軟化した被成形ガラス素材を成形型で初期加圧して、成形型の成形面形状を転写し、初期加圧開始時または初期加圧の途中で成形型および成形された成形ガラスを冷却し、この冷却の間に成形ガラスに対して初期加圧より弱い圧力(二次加圧)を加え、成形ガラスがガラス転移点以下になってから成形ガラスを成形型から取り出す、ガラス成形体の製造方法および製造装置が示されている。これにより、面精度や中心肉厚精度の高いガラス光学素子を成形できるとされている。
【０００５】
また、特許文献２(特公平５−３１５０４号公報)には、被成形ガラスを配した上下型および胴型からなる成形型が、複数のプレス室の中を順次移送され、第１プレス室で加圧ストロークが胴型(スリーブ)に制限されるまで上型を押圧して被成形ガラスの中心肉厚をほぼ定め、第２プレス室にて上型のみを加圧棒で押圧することにより、加圧後のヒケの発生を防止し形状精度の高いガラス成形体を得る製造方法および製造装置が示されている。
【０００６】
一方、特許文献３(特公平４−４２３３８号公報)には、上型の押圧面に押圧突起を設けることにより、上型と下型の軸線を一致させ、偏心を防止する方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献４(特公平２−２８４６０号公報)には、押し板を介して上型を上方から加圧し、加圧時に押し板を案内型の上面に接触させることにより、レンズ両面の中心軸の傾き(ティルト)と軸ずれ(ディセンタ)を抑える方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−０３５３３３号公報
【特許文献２】特公平５−３１５０４号公報
【特許文献３】特公平４−４２３３８号公報
【特許文献４】特公平２−２８４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１によれば、初期加圧によってガラス素材を最終製品の形状に成形し、二次加圧によってその面精度を維持・向上させることができるとされている。しかしながら、初期加圧で上下型を近接させてガラス素材を成形した後、二次加圧で上型を押圧する際、上下の型をガイドする胴型が、水平方向のクリアランスの範囲内で水平方向にフリーな状態にある。このため、上下型の同軸度が損なわれて、成形品の偏心精度が確保し難いといった欠点がある。
【０００９】
また、特許文献２によれば、一次加圧で上型を押圧しながら胴型を下型に押し付けるので、一次加圧の段階では上下型の同軸度は確保される。しかし、二次加圧の段階で、上型のみを押圧するので、胴型がフリーな状態になり、偏心精度が劣化する虞がある。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載の方法は、押圧手段による荷重の与え方によって偏心が生じることを防止する方法であるので、押圧手段が偏心精度を高めるものではない。従って、ここに開示の方法では、非球面(両非球面)の光学素子を精度高く製造することは難しい。
【００１１】
一方、特許文献４では押し板の当接によって偏心精度を得るようにしている。しかしながら、押し板が当接してしまえば、それ以後は押圧しても荷重がかからない。よって、プレスを複数段階で行う場合における偏心精度を高める技術として用いることができない。
【００１２】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、プレス成形型に荷重を加える押圧手段に改良を加えて、偏心精度を劣化させることなくプレス成形を行うことのできるモールドプレス成形装置、そのプレスヘッド、および光学素子の製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明のモールドプレス成形装置は、成形面を有する第１の型と、前記第１の型に対向配置された成形面を有する第２の型と、これら第１および第２の型を同軸上に挿嵌する胴型と、前記第１および第２の型の前記成形面同士を相対的に近接する方向に移動させることにより、これら成形面の間に配した成形素材をプレス成形する押圧手段とを有し、前記押圧手段は、前記胴型を位置決め用の基準面に圧接させることによって当該胴型の位置決めを行う圧接手段と、前記圧接手段にガイドされながら前記第１の型を押圧する荷重印加手段とを備えていることを特徴としている。相対的に移動するとは、第１の型が第２の型に向かって移動しても、第２の型が第１の型に向かって移動しても良いことを意味する。
【００１４】
前記基準面を、前記第２の型に形成することが望ましく、この場合には、前記圧接手段によって前記胴型が前記基準面に圧接することにより、これら胴型および第２の型の相互の位置決めが行われる。
【００１５】
本発明のモールドプレス成形装置では、プレス成形時に、圧接手段によって少なくとも胴型を基準面に対して位置決めし、この状態を保持したまま、荷重印加手段によって第１の型に荷重を加えて成形素材をプレスしている。したがって、成形素材のプレス時に、胴型が位置決め固定されているので、胴型が上下の型に対して傾くなどの弊害が発生しない。よって、成形品の偏心精度の劣化を防止できる。
【００１６】
ここで、前記圧接手段を筒状の第１プレスヘッドとし、前記荷重印加手段を、前記第１プレスヘッドの内側に挿嵌された第２プレスヘッドとすることができる。この場合、前記第２プレスヘッドの押圧動作に伴って、前記第１プレスヘッドを前記第２プレスヘッドの押圧動作方向に付勢する付勢手段を備えた構成とすることができる。前記付勢手段としては、前記第１および第２のプレスヘッドの間に配置されたコイルばねなどの弾性部材を用いることができる。
【００１７】
また、前記第１プレスヘッドは、前記胴型における前記第１の型が挿入されている側の軸方向端面に当接可能な押圧面を備えたものとし、この押圧面に、前記第２プレスヘッドの軸方向移動を許容する穴を開口させた構成とすることができる。
【００１８】
さらに、前記第２プレスヘッドを、前記第１プレスヘッドの前記押圧面と実質的に平行な押圧面と、前記第１プレスヘッドの内周面と摺接可能な大径部とを備えた構成とし、前記第２プレスヘッドの前記押圧面および前記大径部の外周面とが直交するように形成することが望ましい。
【００１９】
この場合、前記第１プレスヘッドによって前記第２プレスヘッドが傾きなく正確にガイドされるように、前記第２プレスヘッドの前記大径部の軸方向長さを、当該第２プレスヘッドにおける当該大径部から前記押圧面までの軸方向長さよりも長くしておくことが望ましい。
【００２０】
次に、前記第２の型は一般に軸方向端部に形成された大径のフランジを備えており、このフランジに、前記押圧手段の押圧動作方向と直交する前記基準面を形成することができる。この場合、前記胴型が前記第１プレスヘッドによって押圧されて前記基準面と密着したときに、前記胴型の直立方向と前記押圧手段の押圧動作方向とが一致するようにしておけばよい。
【００２１】
一方、本発明は、対向する成形面を有する第１および第２の型と、これら第１および第２の型を同軸状に挿嵌する胴型とを有する成形型内の成形素材をプレス成形するために、当該成形型を押圧するモールドプレス成形装置のプレスヘッドであって、前記胴型を位置決め用の基準面に圧接させることによって当該胴型の位置決めを行う圧接手段と、前記圧接手段によってガイドされながら前記第１の型を押圧する荷重印加手段とを有していることを特徴としている。
【００２２】
ここで、前記圧接手段は、前記胴型を、前記第２の型に形成されている前記基準面に圧接することによって、これら胴型および第２の型の相互の位置決めを行うものであることを特徴としている。
【００２３】
また、前記圧接手段は筒状の第１プレスヘッドを有し、前記荷重印加手段は、前記第１プレスヘッドの内側に挿嵌された第２プレスヘッドを有し、さらに、前記第２プレスヘッドの押圧動作に伴って、前記第１プレスヘッドを前記第２プレスヘッドの押圧動作方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴としている。前記付勢手段として、前記第１および第２のプレスヘッドの間に配置されたコイルばねなどの弾性部材を用いることができる。
【００２４】
さらに、前記第１プレスヘッドは、前記胴型における前記第１の型が挿入されている側の軸方向端面に当接可能な押圧面を備えており、この押圧面には、前記第２プレスヘッドの軸方向移動を許容する穴が開口していることを特徴としている。
【００２５】
さらには、前記第２プレスヘッドは、前記第１プレスヘッドの前記押圧面と実質的に平行な押圧面と、前記第１プレスヘッドの内周面と摺接可能な大径部とを備えており、前記第２プレスヘッドの前記押圧面および前記大径部の外周面とが直交するように形成されていることを特徴としている。この場合、前記第２プレスヘッドの前記大径部の軸方向長さは、当該第２プレスヘッドにおける前記大径部から前記押圧面までの軸方向長さよりも長いことが望ましい。
【００２６】
一方、本発明は、光学素子の製造方法であって、上記構成のモールドプレス成形装置を用いて、加熱軟化した成形素材をプレス成形するに当たり、前記胴型を位置決めするために、前記圧接手段により前記胴型を前記基準面に圧接する圧接工程と、前記胴型を圧接した状態で、前記荷重印加手段により前記第１の型に荷重を加える荷重印加工程を含むことを特徴としている。
【００２７】
ここで、前記モールドプレス成形装置が、前記の付勢手段を備えている場合には、前記荷重印加工程において前記第２プレスヘッドにより荷重を印加する際、前記付勢手段の付勢力により、前記第１プレスヘッドの前記胴型への押圧力を高めるようにすることが望ましい。
【００２８】
次に、本発明の光学素子の製造方法は、成形面を有する第１の型、前記第１の型に対向配置された成形面を有する第２の型、および、これら第１および第２の型を同軸状に挿嵌する胴型を備えた成形型における、前記成形面の間に成形素材を供給する供給工程と、前記成形素材を、プレス成形に適した状態となるように、加熱して軟化させる加熱工程と、この状態で、前記成形型を押圧して前記成形素材をプレス成形するプレス工程を含み、前記プレス工程は、所定温度域において前記成形素材が所定肉厚となるところまで加圧する第１プレス工程と、第１プレスヘッドおよび第２プレスヘッドを備えた押圧手段によって、前記第１プレス工程より低温において更に前記成形素材を加圧する第２プレス工程とを含み、前記第２プレス工程は、前記第１プレスヘッドによって前記胴型を前記第２の型の少なくとも一部に圧接することにより、当該第１プレスヘッド、前記胴型および前記第２の型を相互に位置決めする圧接工程と、これらの位置決め状態を保持したまま、前記第１プレスヘッドによってガイドされる前記第２プレスヘッドを用いて、前記第１の型に荷重を加える荷重印加工程とを含むことを特徴としている。
【００２９】
ここで、前記荷重印加工程では、前記第２プレスヘッドの移動に伴って、前記第１プレスヘッドの前記胴型への押圧力を高めることが望ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、成形材料のプレス時に、まず、胴型を位置決め固定し、または胴型および第２の型を相互に位置決めした状態で固定し、この状態を保持したまま、第１の型に荷重を加えて成形素材をプレス成形するようにしている。したがって、成形素材のプレス成形時に、胴型が傾きなく固定されるので、第１および第２の型の間に生ずる相対的な傾きの発生を抑制でき、高い形状精度を有する光学素子を製造することができる。
【００３１】
特に、胴型を第２の型に圧接して、それらの相対位置を固定した状態で第１の型に荷重を加えて成形素材をプレス成形する場合には、これらの圧接面を精度良く形成し、かつ、胴型の圧接面と、上型がガイドされる胴型の内周面の直交度を精度良く形成しておけば、上型を傾きなく押圧できるので、成形品の偏心精度を高めることができる。
【００３２】
さらに、本発明の光学素子の製造方法では、プレス工程を第１および第２のプレス工程を含む二段階で行い、第２プレス工程では、まず圧接工程により胴型を第２の型に圧接してそれら相互の位置を規定し、この状態を保持して、荷重印加工程において第１の型に荷重を加えて成形素材をプレスしている。したがって、成形難度の高い形状の光学素子、例えば凹メニスカスレンズや、両凹レンズなどを、高い形状精度で製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
(モールドプレス成形装置)
図１は、本発明を適用した回転移送式のモールドプレス成形装置の全体を示した概略平面図であり、図２は移送されるプレス成形型を示す概略断面図であり、図３はプレス室の概略断面構成図である。
【００３５】
本実施の形態に係るモールドプレス成形装置Ｐは、成形素材(ガラスプリフォーム等)を収容したプレス成形型を、各処理室を順次移送して適切な処理を施すことにより、所望の成形体(ガラス光学素子等)を製造するためのものである。
【００３６】
図１に示すように、モールドプレス成形装置Ｐは、取り出し・挿入室Ｐ１と、周方向に並べて配置された多数の処理室Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８を備え、常時、不活性ガスの雰囲気下にあるこれら処理室の中を、成形素材の入ったプレス成形型が回転テーブルに載って順次通過するように形成されている。
【００３７】
処理室Ｐ２、Ｐ３は第１および第２加熱室であり、処理室Ｐ４は均熱室であり、処理室Ｐ５はプレス室であり、処理室Ｐ６、Ｐ７第１および第２徐冷室であり、処理室Ｐ８は急冷室である。本例のプレス室Ｐ５は、第１プレス室Ｐ５(１)および第２プレス室Ｐ５(２)から構成されている。これらの処理室Ｐ２〜Ｐ８は、略等間隔に配置されており、それぞれの処理に適した温度に温度制御される。そのために、これらの処理室Ｐ２〜Ｐ８はシャッターＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６およびＳ７によって区画されている。
【００３８】
なお、第１加熱室Ｐ２、第２加熱室Ｐ３、均熱室Ｐ４、第１徐冷室Ｐ６、第２徐冷室Ｐ７および急冷室Ｐ８は、成形素材を収容したプレス成形型、および成形素材または得られた成形体を収容したプレス成形型の温度を調整するためのものである。
【００３９】
回転テーブルは一定時間ごとに間歇的に回動し、取り出し・挿入室Ｐ１における挿入室において内部に成形素材を供給された成形型が各処理室Ｐ１〜Ｐ８を経て、当該取り出し・挿入室Ｐ１における取り出し部で成形体を収容した成形型として取り出される。このときの間歇的な回動の周期が成形サイクルタイムとなる。このような移送式(回転式に限らず、直線移動式も含む)のモールドプレス成形装置Ｐを用いると、プレス成形に必要な各種処理を同時に並行して行うことができるため、成形体一個当たりの成形に必要な実質時間(サイクルタイム)の短縮に有利である。
【００４０】
本発明は、プレス成形型を各処理室に移送し、加熱、プレス、冷却を含む適切な処理を順次施す本例のようなモールドプレス成形装置および方法において好適に用いられるが、これに限定されないことは言うまでも無い。
【００４１】
(プレス成形型)
本例のプレス成形型１は、図２に示すように、成形面２ａを備えた下型２(第２の型)と、成形面２ａに対向配置された成形面３ａを備えた上型３(第１の型)と、これら下型２および上型３を同軸状に挿嵌する胴型４とを有している。胴型４は円筒形状をしており、その中空部は、上下方向の中ほどの部分が小径部分４１とされ、この小径部分４１の上下には、これよりも径の大きな上側大径部分４２および下側大径部分４３が形成されている。
【００４２】
下型２は、円柱状の下型本体２１と、この下端に同軸状に一体形成されている大径の円形フランジ２２とを備えており、下型本体２１の上端面に成形面２ａが形成されている。下型本体２１は、胴型４の下側大径部分４３に嵌め込み可能な外径寸法のものであり、フランジ２２には、胴型４の円環状の下端面４４が圧接される、対応する大きさの円環状受け面２３(基準面)が形成されている。
【００４３】
上型３は、円柱状の上型本体３１と、この上端に同軸状に一体形成されている大径の円形フランジ３２とを備えており、上型本体３１の下端面に成形面３ａが形成されている。上型本体３１は胴型４の小径部分４１に嵌め込み可能な大きさであり、フランジ３２は、上側大径部分４２に嵌め込み可能な大きさである。フランジ３２の厚さは、上側大径部分４２の深さよりも薄い。
【００４４】
ここで、胴型４と下型２の径方向クリアランスは５μm以下とされ、上型３と胴型４の径方向のクリアランスも同様となっている。胴型４の下端面４４が下型フランジ２２の受け面２３に当接するとき、ガラス素材Ｗの厚みにより、上型３の円形上端面３３が胴型４の円環状の上端面４５より高い位置に移動するように設定されている。また、胴型４の下端面４４および上端面４５と、胴型４の中空部内周面の直交度が高精度となるように、胴型４が形成されている。
【００４５】
(プレス室)
次に、モールドプレス成形装置Ｐのプレス室Ｐ５は、図３に示すように、筐体５１の中に設置された加熱手段５２、加熱手段５２からの熱を反射させるリフレクター５３、先端の成形型載置面５４ａでプレス成形型１を支持する支持台５４を移送する移送手段としての回転テーブル５５、プレス動作時に回転テーブル５５を下側から支えるための支持棒５６、プレス成形型１に所定の荷重を加える加圧棒５７、加圧棒５７の上下移動を制御する駆動モータ５８、および、加圧棒５７の先端に設けられ、プレス成形型１を押圧するための押圧手段であるプレスヘッド１０を備えている。なお、図３は、プレス室Ｐ５(２)の断面構成を示す概略構成図である。
【００４６】
ここで、第１プレス室Ｐ５(１)にはプレスヘッド１０として後述の図４に示すプレスヘッド１０Ａが取り付けられている。第２プレス室Ｐ５(２)にはプレスヘッド１０として後述の図５、６に示すプレスヘッド１０Ｂが取り付けられている。プレスヘッド以外の構成は基本的に同様である。
【００４７】
(プレスヘッド)
図４は第１プレス室Ｐ５(１)におけるプレス動作を示す説明図である。この図から分かるように、第１プレス室Ｐ５(１)では、プレスヘッド１０としてプレスヘッド１０Ａが加圧棒５７の先端に連結されている。プレスヘッド１０Ａは、プレス方向である加圧棒５７の軸線５７ａの方向(押圧動作方向)に直交する平坦な円形押圧面６１を備えた円板状のものである。
【００４８】
図５は第２プレス室Ｐ５(２)に設置されているプレスヘッドを示す概略断面図であり、図６は第２プレス室Ｐ５(２)におけるプレス動作を示す説明図である。これらの図を参照して、第２プレス室Ｐ５(２)に配置されている第２プレスヘッド１０Ｂの構成を説明する。
【００４９】
プレスヘッド１０Ｂは、胴型４を下型２に向けて押圧して圧接する第１プレスヘッド１１と、第１プレスヘッド１１の内側に同軸状態に挿嵌され、上型３のみを押圧する第２プレスヘッド１２と、第２プレスヘッド１２の押圧動作に伴って、第１プレスヘッド１１を第２プレスヘッド１２の押圧動作方向と同じ方向に付勢する付勢手段であるコイルばね１３とを備えている。
【００５０】
第１プレスヘッド１１は、耐熱性の高い材質(例えば、Si3N4やその他のセラミック)からなり、概略円筒形状を呈している。本例では、プレスヘッド１０Ｂの押圧動作方向が図示上下方向(加圧棒５７の軸線方向５７ａ)とされており、第１プレスヘッド１１の下端の押圧面１１ａは、この動作方向５７ａに対して直交する面に形成されている。
【００５１】
この押圧面１１ａの中央部には、第２プレスヘッド１２の上下移動を許容する透孔１１ｂが設けられている。この透孔１１ｂの内径は第２プレスヘッド１２の先端部１２ｂの直径よりも大径で、上型３のフランジ３２の直径よりも小径である。また、第１プレスヘッド１１の押圧面１１ａは胴型４の外径よりも大きい円環状端面であるので、後述するプレス動作の過程で、押圧面１１ａは上型３および胴型４を押圧することができる。
【００５２】
第１プレスヘッド１１の中空部内周面には、下側から順に、上向きの円環状の第１段面１１ｃ、上向きの円環状の第２段面１１ｄ、上向きの円環状の第３段面１１ｅが形成されている。
【００５３】
第２プレスヘッド１２は、第１プレスヘッド１１と同様に、耐熱性の高い材質からなり、第１プレスヘッド１１の中空部内に同軸状態に挿嵌され、その自由端側の端面、すなわち下端面は上型３のみを押す大きさの円形押圧面１２ｃであって、他端側は加圧棒５７に連結されている。連結構造としては、図に示す加圧棒５７と第２プレスヘッド１２とが一体のものや、両者を螺合部材や締結部材で連結したもの、あるいは、ユニバーサルジョイント等の継手を介して連結したものなど、各種の連結構造を選択できる。
【００５４】
第２プレスヘッド１２の中間部には、両端側よりも直径の大きな大径部１２ａが形成されている。そして、第２プレスヘッド１２の大径部１２ａを第１プレスヘッド１１の第３段面１１ｅよりも奥側(下方まで)挿嵌してから、第１プレスヘッド１１の上端側の開口部に抜け止めリング１１ｆを固定することにより、第１プレスヘッド１１から第２プレスヘッド１２が抜けないように一体化されている。
【００５５】
第２プレスヘッド１２の大径部１２ａよりも先端側(下側)の小径部１２ｂには、これを取り巻く状態にコイルばね１３が挿入されている。コイルばね１３は、第１プレスヘッド１１の第１段面１１ｃと、第２プレスヘッド１２の大径部１２ａの下側段面１２ｄとの間に装着されている。コイルばね１３は、耐熱性バネ材(ZrO2セラミックス、オーステナイト系ステンレス、インコネル合金、Si3N4セラミックス等)からなり、所定のバネ定数(例えば、３kgf/mm程度)を有するように設定されている。
【００５６】
第１プレスヘッド１１は、全体として、第２プレスヘッド１２に対して、コイルばね１３によって下方に付勢されており、その抜け止めリング１１ｆの下面が、第２プレスヘッド１２の大径部１２ａの上側端面１２ｅに当接した状態に保持されている。この状態においては、第１プレスヘッド１１の押圧面１１ａは、第２プレスヘッド１２の押圧面１２ｃよりもわずか下方に突出している。例えば、約２mm程度突出している。
【００５７】
また、第１プレスヘッド１１と第２プレスヘッド１２とが軸方向に相対移動したとき、第１プレスヘッド１１の第２段面１１ｄ(位置規制部)と第２プレスヘッド１２の大径部１２ａの下側段面とが当接することで、両者の相対移動が規制される。即ち、両者の最大移動量は図中Ｓとなる。このように、位置規制部として機能する第２段面１１ｄは、予定外に第２プレスヘッド１２が降下し過ぎることによってコイルばね１３が過度に圧縮して破壊されることを防止する。但し、通常のプレス工程において、第２プレスヘッド１２の大径部１２ａの下側段面が位置規制用の第２段面１１ｄに当接することはなく、第２プレスヘッド１２の押圧面が、第１プレスヘッド１１の押圧面１１ａよりも５〜２０μm程度突出した時点で、第２プレスヘッド１２の降下が停止するように制御される。
【００５８】
なお、好ましい態様としては、第２プレスヘッド１２の大径部１２ａと第１プレスヘッド１１の中空部内周面との摺動部のクリアランスは、５〜１５μmとされる。また、これらの摺動長はなるべく長くすることにより、上記クリアランス内における第２プレスヘッド１２の倒れを抑制することが好ましい。
【００５９】
例えば、図７に示すように、第２プレスヘッド１２の大径部１２ａの軸方向の長さ(Ｌ１)を比較的長く、例えば、大径部１２ａの下側の小径部分１２ｂの軸方向長さ(Ｌ２)よりも長くなるように、形成することにより、第２プレスヘッド１２で上型２を一層真っすぐに押圧することができる。もちろん、第２プレスヘッド１２の大径部１２ａの摺動部と押圧面１２ｃの垂直度を高精度に保つことが有用である。
【００６０】
(モールドプレス成形装置による光学素子の製造工程)
次に、上記構成のモールドプレス成形装置Ｐを用いて光学素子を成形する工程の一実施形態にを説明する。
【００６１】
１)ガラス素材供給工程
凸曲面を有する(本例では両凸曲面)形状に予備成形した成形材料Ｗ、例えばガラス素材を用意し、吸着パッド付の搬送アームによってガラス素材Ｗを搬送する。上下型２、３が離間した状態で、支持台５６に載置された下型２の成形面２ａに対して所定範囲内の位置精度の位置において、その吸着を解除することによってガラス素材Ｗは下型成形面２ａに配給される。搬送アームは直ちに退避する。この工程は、上記モールドプレス成形装置Ｐにおいては、取り出し・挿入室Ｐ１、または図１の外周円外側に設置された分解組立部(図示せず)において行われる。
【００６２】
２)プレス成形型の組立工程
支持台５６が上昇し、胴型４内に下型２が組み込まれる。胴型４と下型２の径方向クリアランスは５μm以下とされ、上型３と胴型４も同様のクリアランスとなっている。胴型４の下端面４４が下型フランジ２２の受け面２３に当接するとき、ガラス素材Ｗの厚みにより上型上端面３３が胴型上端面４５より高い位置に移動する(図４(Ａ)参照)。尚、この工程も、取り出し・挿入室Ｐ１または分解組立部において行うことができる。
【００６３】
３)加熱工程
ガラス素材Ｗが収容されたプレス成形型１を、第１加熱室Ｐ２、第２加熱室Ｐ３および均熱室Ｐ４に順次移送しつつ、昇温させて、ガラス素材Ｗおよびプレス成形型１をプレス成形に適した温度にする。
【００６４】
例えば、第１加熱室Ｐ２はガラス素材Ｗのプレス温度以上の高温に保ち、プレス成形型１およびガラス素材Ｗを急速に加熱する。プレス成形型１およびガラス素材Ｗは第１加熱室Ｐ２で所定時間静止した後、回転テーブル２１が回転し、第２加熱室Ｐ３に達する。この第２加熱室Ｐ３での加熱により、プレス成形型１とガラス素材Ｗは更に加熱され、または均熱化されプレス温度に近づく。次いで、均熱室Ｐ４でプレス成形型１とガラス素材Ｗが均熱化してガラス粘度を、プレス成形に適切な106〜109ポアズの粘度相当にし、プレス室Ｐ５に移す。好ましくは、ガラス素材は、106〜108ポアズの粘度となる温度である。加熱手段は、抵抗加熱によるヒータ、高周波誘導コイルなど特に制約はない。
【００６５】
４)プレス工程
プレス室Ｐ５は、前述したように、第１プレス室Ｐ５(１)と第２プレス室Ｐ５(２)から構成され、両者はシャッターＳ４で仕切られていて、各室に押圧手段を備えるとともに、それぞれの室温を個別に制御できるように構成されている。
【００６６】
加熱工程でガラス粘度が106〜109ポアズに相当する温度に加熱されたガラス素材を収容したプレス成形型１は、第１プレス室Ｐ５(１)に送り込まれた状態では、図４(Ａ)に示すように、上型３が胴型４の上端面４５よりもわずかに突出している。そして、第１プレス室Ｐ５(１)では、先端の押圧面が胴型４よりも大径のプレスヘッド１０Ａを用いて上型３を押圧し(荷重は、例えば30〜200kg/cm2)、図４(Ｂ)に示すように胴型４の上端面と上型３の上端面とを同一平面上に位置させる。このとき、ガラス素材Ｗは、上型３の降下に伴って変形するが、図４(Ｂ)の状態で荷重をかけたまま所定時間(例えば、数十秒間)加圧を維持する。この第１プレス室Ｐ５(１)におけるプレスにより、ガラス素材Ｗの肉厚が得ようとするプレス品の肉厚に対して所定の範囲内となるように成形することができる。
【００６７】
次いで、プレス成形型１を第２プレス室Ｐ５(２)に移送し、図６に示すように、別のプレスヘッド１０Ｂを用いて成形する。なお、第２プレス室Ｐ５(２)は、第１プレス室Ｐ５(１)よりも低い温度(例えば、成形型内のガラス素材の粘度が109〜1013ポアズに相当する温度になる温度)に制御されている。
【００６８】
図６(Ａ)は、プレスヘッド１０Ｂでプレス成形型１を押圧する直前の様子を示している。当該プレスヘッド１０Ｂは、上方にある加圧棒(駆動軸)５７の下端に連結され、加圧棒５７の降下に伴ってプレスヘッド１０Ｂも降下を続け、やがて図６(Ｂ)に示すように、第１プレスヘッド１１の押圧面１１ａが胴型４の上端面４５に当接する。この時点で、第１プレスヘッド１１は、胴型４によってそれ以上の降下を実質的に規制される。なお、第１プレスヘッド１１の押圧面１１ａは、上型３の上端面３３にも当接することができる。
【００６９】
加圧棒５７は更に降下を続けることにより、図６(Ｃ)に示すように、第１プレスヘッド１１が停止した状態で第２プレスヘッド１２のみが降下して、上型３を押圧する。このとき、第２プレスヘッド１２の降下(押圧動作)に伴って、コイルばね１３が徐々に圧縮されるため、荷重フリーで胴型４の上端面４５に当接していた第１プレスヘッド１１が、ばね力により胴型４を押圧し、押圧力が第２プレスヘッド１２の降下量に応じて増加する。
【００７０】
本形態では、第２プレスヘッド１２の押圧面１２ｃは第１プレスヘッド１１の押圧面１１ａより２mm上方に位置するように設定されているため、第２プレスヘッド１２の押圧面１２ｃが上型３と接触する時点では、コイルばね１３が２mm圧縮する。ここでばね定数を３kgf/mmとすると、コイルばねが２mm圧縮されたとき、第１プレスヘッド１１は胴型４を６kgfで押圧することになる。
【００７１】
下型２は、プレスヘッド１０Ｂの押圧動作方向と直交する受け面２３がフランジ２２に形成されており、第１プレスヘッド１１で胴型４を押圧すると、胴型４の下端面４４が下型２の受け面２３に密着する。このとき、胴型４の下端面４４および上端面４５と胴型４の内周面の直交度を高精度に形成しておくことで、上型３が傾くことなく押圧される。したがって、成形品Ｗａのティルトの発生を未然に抑止することができる。
【００７２】
第２プレスヘッド１２の降下は、その押圧面が第１プレスヘッド１１の押圧面１１ａよりも５〜２０μm程度突出した時点で停止するように制御される。第２プレス室Ｐ５(２)では、図６(Ｃ)の状態を所定時間(例えば、数十秒)維持しながら、ガラス素材Ｗを粘度が1013ポアズを超える状態に相当する温度まで冷却する。プレス成形型１および成形品Ｗａが所定の温度以下まで冷却された時点で、プレスヘッド１０Ｂを上昇させてプレス成形型１への押圧力を解除する。
【００７３】
５)冷却工程
プレス工程を終えたプレス成形型１は、次に第１徐冷室Ｐ６、第２徐冷室Ｐ７に順次に移送され、成形体Ｗａが転移温度Ｔｇよりも充分低い温度(例えば、Ｔｇ−50℃程度)となるまで冷却される。このとき、ガラスの収縮に対して上型３がその自重によって追従するため、成形面の接触が保たれて良好な形状精度が得られる。その後、プレス成形型１は急冷部Ｐ８に移送され、冷却用のガスにより急冷される。
【００７４】
６)型の分解工程
プレス成形型１は取り出し・挿入室Ｐ１に戻り、ここから分解組立部まで搬送され、プレス成形型１の分解、成形体Ｗａの取り出し、および新たなガラス素材Ｗの供給が行われる。すなわち、成形体Ｗａを収容したプレス成形型１は、ロボットにより分解組立台(図示せず)に載置され、周囲を把持することによって位置決めされる。分解組立台を垂直に下降し、上下型２、３を離間する。尚、本形態では、処理室Ｐ２〜Ｐ７は不活性ガス雰囲気とし、取り出し・挿入室Ｐ１は取り出し・挿入時に大気開放するため、プレス成形型１の酸化防止を考慮し、取り出し・挿入室Ｐ１における大気開放は250℃以下にして行うことが好ましい。
【００７５】
７)成形体の取り出し工程
搬送アームを上下型間に挿入し、先端の吸着パッドによって成形体Ｗａを吸引し、取り出す。このあとは、上記の各工程を繰り返す。
【００７６】
(本実施の形態の効果)
以上説明したように、本実施の形態に係るモールドプレス成形装置Ｐによれば、第２プレスヘッド１０Ｂで上型３を押圧する際に、第１プレスヘッド１１が胴型４を下型２の受け面２３に対して直立するように押圧している。よって、胴型４の上下両端面４４、４５、下型フランジの受け面２３の平行度を予め確保しておくことにより、胴型４と下型２の間の相対的な傾きを確実に抑止できる。
【００７７】
また、第２プレスヘッド１２の押圧面１２ｃは、第１プレスヘッド１１の押圧面１１ａと実質的に平行に形成され、しかも第２プレスヘッド１２の押圧面１２ｃは第２プレスヘッド１２の大径部１２ａの外周面と直交するように構成されている。従って、第２プレスヘッド１２の降下に伴って、第１プレスヘッド１１は胴型４を真っすぐに(第２プレスヘッド１２の降下方向と平行に)押圧することができると共に、第２プレスヘッド１２は上型２を真っすぐに押圧することができる。
【００７８】
よって、胴型４と上型２の間の相対的な傾きを抑止できることから、成形品(光学レンズ)の上下面間に生じるティルトを確実に抑止できる。
【００７９】
換言すると、本実施の形態では、充分に軟化したガラス素材Ｗに対して第１プレス工程で、偏心精度よく所定肉厚まで押圧する。更に、これを所定温度域まで冷却し、冷却による熱収縮によって影響を受けたガラス素材Ｗの被成形面形状に対して適度の荷重をかけ、面精度の修正を行う。この温度域はTg〜Tsの範囲であり、また押圧による肉厚変化量は5〜20μmである。
【００８０】
また、第２プレス工程では、まず、圧接工程を行って、下型２と胴型４を圧接させてそれらの相対位置を固定し、胴型４を圧接している第１プレスヘッド１１も結果として、その位置が固定される。よって、当該第１プレスヘッド１１によってガイドされている第２プレスヘッド１２も間接的に位置が規定される。これにより、上下成形面の軸の一致性が得られる。
【００８１】
したがって、本実施の形態は、両凸レンズや凸メニスカスレンズの成形のみならず、凹メニスカスレンズや両凹レンズの成形にも適用でき、いずれの場合も面形状の良好な精度の高いレンズを成形することができる。
【００８２】
(その他の実施の形態)
上記のモールドプレス成形装置Ｐは、回転移送によってプレス成形型１を順次に各処理室に移送する装置であるが、本発明にかかるプレスヘッドは、直線移送方式のプレス装置や、成形型を移送せずに一つの処理室でプレス成形を行う単発プレス装置にも適用できる。
【００８３】
また、上記のモールドプレス成形装置の各処理室などの配置構造は、成形素材の組成や、成形体の形状にあわせて、必要な加熱工程、冷却工程とするため適宜変更することができる。
【００８４】
例えば、上記実施形態では、プレス室を２室設けて、それぞれ別のプレスヘッドを使用してプレスしたが、プレス室を１室として、本発明のプレスヘッドのみを使用して成形型へのプレスを行うこともできる。この場合には、プレス室内の温度制御を適切に行うことが望ましい。また、加熱部を４つとし、又は冷却室を３つとするなどの変更も可能である。
【００８５】
さらに、上記の工程の生産効率を更に上げる為、上記の加熱室、プレス室、冷却室をそれぞれ同数連設し、異なる温度条件、異なる加圧条件を要する複数種類の成形を同時に行っても良い。
【００８６】
さらにまた、各処理室において、加熱、加圧、冷却等の処理が行われるとき、成形型を２個以上配列し、それらに同時に同じ処理を施すこともできる。この場合には、プレス室には、成形型の数に対応させて２以上の押圧手段を設けることが好ましい。
【００８７】
なお、本発明は、図８に示す構成のプレス成形型１Ａを用いる場合にも適用できる。この図に示すプレス成形型１Ａの基本構造は前述のプレス成形型１と同様であり、下型２Ａ、上型３Ａおよび胴型４Ａを備えている。異なる点は、胴型４Ａに下型フランジ２２がはめ込まれており、胴型下端面４４が支持台５６の載置面５６ａに直接に乗るようになっていることである。
【００８８】
この場合には、プレス時に胴型４Ａを位置決め状態に固定するための基準面は、載置面５６ａとされる。プレス時には、プレスヘッド１０Ｂの第１プレスヘッド１１によって、胴型４Ａが押圧されて、その下端面４４が載置面５６ａに圧接された状態になる。したがって、胴型４Ａの下端面４４と、その中空部内周面との直角度を精度良く規定しておけば、胴型４Ａの傾きを防止でき、その状態で成形素材Ｗをプレスできる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明を適用したモールドプレス成形装置の実施の形態を示す概略平面構成図である。
【図２】図１のモールドプレス成形装置に用いられるプレス成形型を示す概略断面図である。
【図３】図１のプレス室の断面構成を示す概略構成図である。
【図４】図１の第１プレス室の構成および動作を示す説明図である。
【図５】図１の第２プレス室のプレスヘッドを示す説明図である。
【図６】図１の第２プレス室における動作を示す説明図である。
【図７】図５のプレスヘッドの変形例を示す説明図である。
【図８】プレス成形型の別の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
Ｐ  モールドプレス成形装置、Ｐ１〜Ｐ８  処理室、Ｓ１〜Ｓ６７  シャッター、Ｐ５(１)  第１プレス室、Ｐ５(２)  第２プレス室、１  プレス成形型、２  下型、２１  下型本体、２２  フランジ、２３  受け面(基準面)、３  上型、３１  上型本体、３２  フランジ、３３  上端面、４  胴型、４１  小径部分、４２  上側大径部分、４３  下側大径部分、４４  下端面、４５  上端面、１０  プレスヘッド、１０Ｂ  プレスヘッド、１１  第１プレスヘッド、１１ａ  押圧面、１２  第２プレスヘッド、１２ａ  大径部分、１２ｂ  小径部分、１２ｃ  押圧面、１３  コイルばね、Ｗ  成形素材、Ｗａ  プレス品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006248869.tif 000009
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月16日(2005.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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