(57)【要約】【課題】光学素材のような熱可塑性部材のモールド成形において、多数個同時成形が可能であり、かつ均一加熱と冷却スピードのアップを可能にする熱可塑性部材の成形装置及びそのと成形方法を提供する。【解決手段】押圧部材である第１の型１と、金型９を複数備え第１の型１によって金型９が押圧されて金型９内に載置した熱可塑性部材が成形される第２の型２とからなり、第２の型２に金型９を同心円状かつ等間隔に配置した。このとき、第２の型２に複数の金型９を均一に加熱する熱源６，７を設けた。また、熱源６，７は、第２の型２の中央部及び第２の型２の外側外周の少なくとも一方に設けた。第２の型２に金型９を均一に冷却する冷却流路２０，２１を設けた。このとき、冷却流路２０，２１は、金型９の間及びこれらの金型９より内側部に同心円状に設けた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧部材である第１の型と、金型を複数備え前記第１の型によって該金型が押圧されて該金型内に載置した熱可塑性部材が成形される第２の型とからなる熱可塑性部材の成形装置において、
前記第２の型に前記金型を同心円状かつ等間隔に配置したことを特徴とする熱可塑性部材の成形装置。
【請求項２】
前記第２の型に前記複数の金型を均一に加熱する熱源を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱可塑性部材の成形装置。
【請求項３】
前記熱源は、前記第２の型の中央部及び該第２の型の外側外周の少なくとも一方に設けられたことを特徴とする請求項２記載の熱可塑性部材の成形装置。
【請求項４】
前記熱源は、前記第２の型の中央部付近に同心円状に設けられるとともに前記金型が配置された同心円の外側部であって前記金型の間に同心円状に設けられたことを特徴とする請求項２記載の熱可塑性部材の成形装置。
【請求項５】
前記第２の型に前記金型を均一に冷却する冷却流路を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱可塑性部材の成形装置。
【請求項６】
前記冷却流路は、前記金型の間及びこれらの金型より内側部に同心円状にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項５記載の熱可塑性部材の成形装置。
【請求項７】
金型内に該金型を均一に冷却する金型冷却流路を設け、該金型冷却流路を前記冷却流路と連通させたことを特徴とする請求項６記載の熱可塑性部材の成形装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の第２の型の同一円周上に配置した複数の金型内に熱可塑性部材を載置し、前記金型を均一に加熱したのち押圧しその後さらに均一に冷却することを特徴とする熱可塑性部材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素材のような熱可塑性部材の成形装置およびその成形方法に関し、より詳しくは、デジタルカメラ、プロジェクタ等のガラスあるいはプラスチック等によって形成される光学用レンズ等の熱可塑性部材をモールド成形によって製造する熱可塑性部材の成形装置およびその成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、比較的小径の非球面レンズなどの製造に際し、光学素材を金型内に入れて加圧し成形するための成形型が知られている。このような光学素子の成形においては、加熱によって軟化した光学素材を押圧成形し、その後これを冷却して光学素子を得る成形方法およびそれを実施するための成形装置があった。この場合、コア上型とコア下型からなる金型を同一の成形装置に複数組セットして、光学素材の成形を行っていた。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−７７５２０号公報（第２頁−第４頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の光学素子の成形では、加熱時に、金型配置位置において、その外周部と中心部付近との温度差が著しくなり、金型間においてガラス粘度にばらつきが発生する場合があり、このため、成形時において均一なプレス力を与えることが困難になる場合があった。また、冷却時においても、金型配置位置において、外周部と中心付近との温度差が著しくなり、金型間においてガラス粘度にばらつきが発生する場合があり、このため、冷却時において均一な冷却を与えることが困難になる場合があった。さらに、金型のメンテナンス性が悪いという面もあった。
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光学素材のような熱可塑性部材のモールド成形において、多数個同時成形が可能であり、かつ均一加熱と冷却のスピードアップを可能にする熱可塑性部材の成形装置及びその成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱可塑性部材の成形装置は、押圧部材である第１の型と、金型を複数備え前記第１の型によって該金型が押圧されて該金型内に載置した熱可塑性部材が成形される第２の型とからなり、前記第２の型に前記金型を同心円状かつ等間隔に配置したものである。このため、複数の金型によって複数の熱可塑性部材を多数同時成形ができ、また加熱時において金型内の熱可塑性部材に熱を均一に与えることができ、さらに冷却時において、金型内の熱可塑性部材を均一に冷却することができる。また、金型のメンテナンスを容易に行うことができる。
【０００７】
また、本発明に係る熱可塑性部材の成形装置は、前記第２の型に前記複数の金型を均一に加熱する熱源を設けたものである。このため、加熱時において金型内の熱可塑性部材に熱を均一に与えることができる。
【０００８】
また、本発明に係る熱可塑性部材の成形装置は、前記熱源を、前記第２の型の中央部及び該第２の型の外側外周の少なくとも一方に設けられたものである。このため、加熱時において金型内の熱可塑性部材に熱を均一に与えることができ、金型間において熱可塑性部材の粘度にばらつきが発生することもなく、金型に均一なプレス力を与えることができる。
【０００９】
また、本発明に係る熱可塑性部材の成形装置は、熱源が、前記第２の型の中央部付近に同心円状に設けられるとともに、前記金型が配置された同心円の外側部であって前記金型の間に同心円状に設けられたものである。このため、加熱時において金型内の熱可塑性部材に熱を均一に与えることができ、金型間において熱可塑性部材の粘度にばらつきが発生することもなく、金型に均一なプレス力を与えることができる。
【００１０】
また、本発明に係る熱可塑性部材の成形装置は、前記第２の型に前記金型を均一に冷却する冷却流路を設けたものである。このため、冷却時において金型内の熱可塑性部材を均一に冷却することができる。
【００１１】
また、本発明に係る熱可塑性部材の成形装置は、前記冷却流路を、前記金型の間及びこれらの金型より内側部に同心円状にそれぞれ設けられたものである。このため、冷却時において金型内の熱可塑性部材を均一に冷却することができ、金型間において熱可塑性部材の冷却速度にばらつきが発生することもなく、熱可塑性部材を均一に冷却することができる。
【００１２】
また、本発明に係る熱可塑性部材の成形装置は、金型内に該金型を均一に冷却する金型冷却流路を設け、該金型冷却流路を前記冷却流路と連通させたものである。このため、金型内の熱可塑性部材を冷却するスピードを早くすることができる。
【００１３】
本発明に係る熱可塑性部材の成形方法は、上記のいずれかに記載の第２の型の同一円周上に配置した複数の金型内に熱可塑性部材を載置し、前記金型を均一に加熱したのち押圧しその後さらに均一に冷却するものである。このため、加熱時において金型内の熱可塑性部材に熱を均一に与えることができ、また、冷却時において金型内の熱可塑性部材を均一に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る光学素子の成形装置の概略説明図、図２は光学素子の成形装置の要部の分解斜視図、図３は図２の要部の平面図、図４は図２のＡ−Ａ断面図である。光学素子である例えば光学レンズの成形装置は上型１と下型２とからなり、上型１は油圧機構（図示せず）によって上下駆動する押圧板であり、下型２は、リボルバー形状の母型３と、その下部に取り付けられた下プレート４によって構成されている。母型３の中央部にはヒータ挿入穴５が設けられてその内部にヒータ６が挿入され、母型３の外周部には赤外線ランプ７が配設され、外内部併用方式による加熱方式が採用されている。
【００１５】
中央部に位置するヒータ挿入穴５の周囲には、複数の金型挿入穴８がヒータ挿入穴５と同心円ａ状に一定の間隔で均一に配置され、金型挿入穴８の内部には円筒状の金型９が挿入されている。このように光学素子の成形装置は、光学素子の製造効率をはかるために金型９を同心円状に複数備え、複数の光学素子を同時に成形できるようにしてある。同心円状に配置された金型９の間にはこれらの金型９の同心円ａに沿って第１の冷却流路２０が設けられ、その内周側にはヒータ挿入穴５を取り巻くように同心円状の第２の冷却流路２１が第１の冷却用穴２０のそれぞれに対応して、すなわち対応する冷却用穴同士がヒータ挿入穴５を通る同一直線上に位置するようにして配置されている。
【００１６】
金型挿入穴８のそれぞれには、レンズの上面を形成する雌型凹部１０を有するコア上型
１１と、レンズの下面を形成する雌型凹部１２を有するコア下型１３とによって構成された金型９が挿入され、下プレート４によって支持されている。これらのコア上型１１とコア下型１３とは、共に所定の耐熱性と強度を有する材料、例えばハードメタルから形成されている。そしてコア上型１１は、油圧機構によって上下駆動される押圧板である上型１によって、図１に示す矢印方向に圧力を受けるようにしてある。
【００１７】
第１、第２の冷却流路２０、２１は、図５（冷却流路のみを示す）に示すように、母型３の上下方向に筒状に形成されている。また、下プレート４にはヒータ５の外周に沿って上下方向に冷媒導入穴２２が形成され、さらに母型３側の面に沿って各冷媒導入穴２２に対応した溝部２３が形成され、その溝部２３が第１、第２の冷却流路２０、２１の下部に連通するようになっている。第１の冷却流路２０は図６、図７に示すように、その上下２カ所に左右の対応する金型挿入穴８に連通する横方向に形成された金型連通穴２０ａ，２０ｂが設けられ、金型挿入穴８に挿入された金型９に設けた金型冷却流路２４ａ，２４ｂに通じて、金型９を冷却するようにしてある。
【００１８】
すなわち、図６（図３のＢ−Ｂ断面図）、図７（図３のＣ−Ｃ断面図）、図８、図９、図１０（図３の流路状態を示す説明図）に示すように、コア上型１１では、それぞれ第１の冷却用通路２０より金型連通穴２０ａを通って金型９内に導入された冷却用水が金型９の中央部でほぼ１２０℃の角度をなすようにして交差し、そののちこれらの通路に対してほぼ１２０℃の角度をなすようにして外側方向に流れ、母型３の側面に設けた冷媒排出穴２５ａより母型３の外部に流出するようにしてある。同様にしてコア下型１３にも、第１の冷却用通路２０より金型９内に導入された冷却用水が金型９の中央部でほぼ１２０℃の角度をなすようにして交差し、そののちこれらの通路に対してほぼ１２０℃の角度をなすようにして外側方向に流れ、母型３の側面に設けた冷媒排出穴２５ｂより母型３の外部に流出するようにしてある。
【００１９】
次に、以上のように構成した光学素子の成形装置によって行われる光学素材のプレス成形について説明する。まず、ガラスやプラスチックなどからなる複数の光学素材をコア下型１３の雌型凹部１２上に載置し、内部に位置するヒータ６及び外部に位置する赤外線ランプ７により母型３の加熱を行う。この際、複数の金型９を同心円状に配置してあるので、内部あるいは外部からの熱は金型９に均一に与えられる。加熱は、光学素材が例えばガラスである場合は、ガラス温度がガラスの転移点以上となる程度まで行う。この加熱により光学素材は軟化し、可塑性を持つようになる。次に、この状態で、油圧機構により押圧板である上型１を下降させて下型２に圧力をかけ、光学素材を押圧する。これにより、光学素材は、下型２と上型１との間でレンズ形状に成形される。
【００２０】
その後、Ｎ2 のような冷媒を下プレート４の冷媒導入穴２２より母型３内に導入し、下プレート４に設けた溝部２３を通って第１、第２の冷却流路２０，２１に通し、上方に移動させて上部より排出させる。一方、第１の冷却流路２０を通過する冷媒の一部は金型連通穴２０ａ，２０ｂを横方向に流れて金型冷却流路２４ａ，２４ｂに至り、金型９のコア上型１１、コア下型１３に設けられた金型冷却流路２４ａ，２４ｂに入り、中央部で交わったのち外側方向に移動し、母型３の側部に設けた冷媒排出穴２５ａ，２５ｂより外部に排出される。このとき、複数の金型９を同心円状に配置したので、外部あるいは内部から流入した冷媒を均一に流すことができる。また、母型３内に複数の冷却流路を設けて、母型３の外周部と中心部の冷却速度を均一にしたため、金型３内の光学素材を均一に冷却することができる。そして、母型３内の冷却流路と相対する位置に金型９の金型冷却流路２４ａ，２４ｂを設け、その内部を冷媒が通過するようにしたので、金型９の冷却スピードを速くすることができる。その後、油圧機構により押圧板である上型１を上昇させ、成形された光学レンズをコア下型１３から取り出す。このような成形装置を使用するので、金型９のメンテ性が向上する。また、単体での交換を容易に行うことができる。
【００２１】
なお、上記の説明では、コア下型１３及びコア上型１１の両方の転写面を凹面としたが、少なくとも一方の型の転写面を凹部または平面とすることができる。転写面を凹面または平面とすることにより、より確実に偏心や偏肉の発生を防止して光学素子をプレス成形することができる。また、上記の説明では、ガラスあるいはプラスチックのような光学素子の成形を行う場合を示したが、ガラスあるいはプラスチックに限定するものではなく、その他の熱可塑性部材であればいかなるものであってもよい。
【００２２】
［実施の形態２］
図１１は本発明の実施の形態２に係る光学素子の成形装置の要部の分解斜視図である。なお、図２と同一部分には同じ符号を付し説明を省略する。金型挿入穴８のそれぞれには、レンズの上面を形成する雌型凹部１０を有する断面Ｔ字状のコア上型１１と、コア胴筒１１０と、レンズの下面を形成する雌型凹部１２を有する断面逆Ｔ字状のコア下型１３とによって構成された金型９が挿入され、下プレート４によって支持されている。コア上型１１とコア下型１３のそれぞれの対向側側面は同径に縮径されてその縮径側面に中空円筒状のコア胴筒１１０が挿入するようにしてあり、金型９全体として同径の金型形状を構成している。コア胴筒１１０は、コア上型１１とコア下型１３の雌型凹部間に挟まれた複数の光学素材の外周を規制している。これらのコア上型１１とコア胴筒１１０とコア下型１３とは、共に所定の耐熱性と強度を有する材料、例えばハードメタルから形成されている。
その他の構成、作用、効果は実施の形態１で示した場合と実質的に同一なので、説明を省略する。
【００２３】
［実施の形態３］
図１２は本発明の実施の形態３に係る光学素子の成形装置の要部の分解斜視図、図１３は図１２の要部の平面図である。光学素子の成形装置は上型１と下型２とからなり、上型１は油圧機構によって上下駆動する押圧板であり、下型２は、リボルバー形状の母型３と、その下部に取り付けられた下プレート４によって構成されている。母型３には同心円状に複数の金型挿入穴８が同心円ａ上に一定の間隔で均一に配置され、金型挿入穴８の内部には円筒状の金型９が挿入されている。このように光学素子の成形装置は、光学素子の製造効率をはかるために金型９を同心円上に複数備え、複数の光学素子を同時に成形できるようにしてある。母型３の中央部付近には各金型９間に位置する部分に同心円状に第１のヒータ挿入穴５０が設けられてその内部にヒータ６が挿入され、さらに同心円ａよりも外側位置であって各金型９の間に位置する同心円ｂ上には第２のヒータ挿入穴５１が設けられてヒータ６が挿入されている。
同心円状に配置された金型１１の間には前記金型９の同心円ａに沿って第１の冷却流路２０が設けられ、さらにその内周側には同心円に沿ってもしくは中心部に第２の冷却流路（図示せず）が一定間隔で配置されている。なお、第１、第２の冷却流路の詳細は、実施の形態１で示した場合と実質的に同一なので説明を省略する。
【００２４】
金型挿入穴８のそれぞれには、レンズの上面形成の雌型凹部１０を有するコア上型１１と、レンズの下面を形成する雌型凹部１２を有するコア下型１３とによって構成された金型９が挿入されている。これらのコア上型１１とコア下型１３とは、共に所定の耐熱性と強度を有する材料、例えばハードメタルから形成されている。そしてコア上型１１は、油圧機構によって上下駆動される押圧板である上型１によって、図１に示す矢印方向に圧力を受けるようにしてある。
【００２５】
次に、以上のように構成した光学素子の成型装置によって行われる光学素子のプレス成形について説明する。まず、複数の光学素材をコア下型１３の雌型凹部１２上に載置し、内部に位置するヒータ６により母型３の加熱を行う。この際、複数の金型９を同心円状に配置してあるので、内部からの熱は金型９に均一に与えられる。加熱は、光学素材が例えばガラス素材である場合は、ガラス温度がガラスの転移点以上となる程度まで行う。この加熱により光学素材は軟化し、可塑性を持つようになる。次に、この状態で、油圧機構により押圧板である上型１を下降させて下型２に圧力をかけ、光学素材を押圧する。これにより、光学素材は、下型２と上型１との間に形成されるレンズ形状に成形される。
【００２６】
その後、Ｎ2 のような冷媒を下プレート４の冷媒導入穴２２より母型３内に導入し、母型３内に設けた複数の冷却流路を通し、母型３内の冷却速度を均一にして、金型９内の光学素材を均一に冷却することができる。また、母型３内の冷却流路と相対する位置に金型９の金型冷却流路２４ａ，２４ｂを設けその内部を冷媒が通過するようにしたので、金型９の冷却スピードを速くすることができる。その後、油圧機構により押圧板である上型１を上昇させ、成形された光学レンズをコア下型１３から取り出す。このような成形装置を使用するので、金型９のメンテ性が向上する。また、単体での交換を容易に行うことができる。
【００２７】
［実施の形態４］
図１４は本発明の実施の形態４に係る光学素子の成形装置の要部の分解斜視図、図１５は図１４のＤ−Ｄ断面図である。本実施の形態４では、実施の形態２で示した金型９を、実施の形態３で示した母型３の金型挿入穴８に挿入して光学素子の成形を行う成形装置を示すものである。その他の構成、作用、効果は実施の形態３で示した場合と実質的に同様なので、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学素子の成形装置の概略説明図。
【図２】実施の形態１に係る光学素子の成形装置の要部の分解斜視図。
【図３】図２の要部の平面図。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図。
【図５】図２に示す冷却流路の概略説明図。
【図６】図３のＢ−Ｂ断面図。
【図７】図３のＣ−Ｃ断面図。
【図８】図７のコア上型の側面図及び平面図。
【図９】図７のコア下型の平面図及び側面図。
【図１０】図２に示す冷却流路の概略説明図。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る光学素子の成形装置の要部の分解斜視図。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る光学素子の成形装置の要部の分解斜視図。
【図１３】図１１の要部の平面図。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る光学素子の成形装置の要部の分解斜視図。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  上型（第１の型）、２  下型（第２の型）、８  金型挿入穴、６  ヒータ（熱源）、７  赤外線ランプ（熱源）、９  金型、２０  第１の冷却流路（冷却流路）、２０ａ，２０ｂ  金型連通穴（冷却流路）、２１  第２の冷却流路（冷却流路）、２４ａ，２４ｂ  金型冷却流路、Ａ，Ｂ  同心円。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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