(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材をプレスして成形するプレス成形装置において、プレスに用いる一対の成形型のうち、少なくとも一方の成形型は、素材に形状を転写する成形面と反対側の面が、凸球面状に形成されるとともに、該一方の成形型を保持する母型は、前記成形型の反対側の面の球面形状に対応する凹球面状に形成され、前記凸球面と凹球面の曲率中心が、成形型の中心軸上において、プレスされた成形品の占める位置ないし成形品の中心軸上の端面から成形品の中心軸上厚以内の位置であり、プレス成形時に位置決め部材が成形型に当接することで、前記少なくとも一方の成形型が揺動し、それにより前記成形型の傾きが自動的に調整されるようになっており、
前記凸球面と前記凹球面の曲率中心が、前記成形型の中心軸上において、プレスされた成形品の重心位置ないし重心位置から成形品の中心軸上厚の４分の１以内であることを特徴とするプレス成形装置。
【請求項２】
前記一対の成形型のうち、少なくとも一方の成形型は、成形型を保持する母型に接する球面形状部分に沿って、摺動することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。
【請求項３】
前記凸球面部分の軸線を含む断面における円弧の長さが、球面の円周の１／２０から１／４であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形装置。
【請求項４】
前記凹球面部分の軸線を含む断面における円弧の長さが、球面の円周の１／２０から１／２であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形装置。
【請求項５】
成形される素材が、光学素子用素材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレス成形装置。
【請求項６】
成形される素材が、ガラスまたはプラスチックであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形用素材をプレスして高精度な成形品を成形するためのプレス成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレス成形装置において、成形品の仕上がり品質を上げるために、プレス時の型の位置ずれを抑えることが重要である。特に、レンズ等の光学素子を成形する成形装置においては、型の位置ずれはミクロンレベルで制御する必要がある。
【０００３】
例えば、図１に示すように上下成形型と成形型に嵌合する胴型からなる構造が一般的に知られている。この構造では、胴型１がガイドの役目をして、上型１０３もしくは下型１０２が、胴型１０１の内周面に沿って上下動して、間に介在する加熱軟化した光学素子（不図示）をプレス成形することができる。ここで、上下成形型１０３，１０２と胴型１が嵌合する部分の隙間を小さくすることによって、上下成形型１０３，１０２の横方向の偏心は、10μm以下に規制することが可能である。しかしながら、かかる構成では、胴型１０１と上下成形型１０３，１０２の嵌合長が短い場合は、胴型１０１に対する上下成形型１０３，１０２の傾きは、数分以上発生する場合もあり、偏心感度の大きい高精度レンズを成形する際に問題となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、傾きを規制する方法としては、たとえば特開昭６２−２９２６４１号公報に開示の技術がある。かかる公報に開示された成形装置の断面図を、図２に示す。この成形装置は、図２（ａ）に示すように、成形型が上型１１３、下型１１２、胴型１１１からなり、成形時は下型１１２と胴型１１１がしばりばめとなるため、横ずれを防止するとともに、下型１１２に対する上型１１３の傾き（図２（ｂ）に示す下型１１２の中心線Ｃ３と、上型１１３の中心線Ｃ４のなす角度ε）については、胴型１１１と上型１１３の嵌合長と嵌合する隙間を、成形される素材（レンズ）の許容精度に応じて設定することで規制している。
【０００５】
しかしながら、高精度のレンズを成形する場合には、上型１１３の傾き（角度ε）を相当に小さくしなくてはならないが、そのためには、図２（ｂ）に示すように、嵌合の隙間ｄに対して嵌合長ｌを相当長くとる必要が生じ、成形装置全体が大きくなってしまうという問題がある。嵌合の隙間ｄを小さくするにしても、部品精度上の限界がある。これに対し、このような成形装置において、傾き検知用センサーを設置し実際の傾きを求めて、下型１１２に対する上型１１３の傾きを修正するようなフィードバック制御を行うことも考えられるが、構造が複雑となり、製作コストもかかってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で成形型の傾きを抑えて、高精度の成形品を得ることができるプレス成形装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のプレス成形装置は、素材をプレスして成形するプレス成形装置において、プレスに用いる一対の成形型のうち、少なくとも一方の成形型は、素材に形状を転写する成形面と反対側の面が、凸球面状に形成されるとともに、該一方の成形型を保持する母型は、前記成形型の反対側の面の球面形状に対応する凹球面状に形成され、前記凸球面と凹球面の曲率中心が、成形型の中心軸上において、プレスされた成形品の占める位置ないし成形品の中心軸上の端面から成形品の中心軸上厚以内の位置であり、プレス成形時に位置決め部材が成形型に当接することで、前記少なくとも一方の成形型が揺動し、それにより前記成形型の傾きが自動的に調整されるようになっており、前記凸球面と前記凹球面の曲率中心が、前記成形型の中心軸上において、プレスされた成形品の重心位置ないし重心位置から成形品の中心軸上厚の４分の１以内であるので、プレス成形時に、自動的に成形型の軸線同士が一致し、それにより手間のかかる傾き調整を行うことなく精度良い成形が可能となる。特に、前記凸球面と前記凹球面の曲率中心が、成形型の中心軸上において、プレスされた成形品の重心位置ないし重心位置から成形品の中心軸上厚の４分の１以内であると、より高精度な成形品の加工が可能となる。尚、ここで「位置決め部材」とは、端面が両成形型に当接する胴型であって良いが、それに限られず、成形型の端面（この場合には端面が位置決め部材になる）同士を突き当てるようにしても良い。
【０００９】
請求項２に記載のプレス成形装置において、前記一対の成形型のうち、少なくとも一方の成形型は、成形型を保持する母型に接する球面形状部分に沿って、摺動すると好ましい。
【００１２】
請求項３に記載のプレス成形装置において、前記凸球面部分の軸線を含む断面における円弧の長さが、球面の円周の１／２０から１／４であると、成形装置にあわせて、成形型の摺動する範囲を最適化できる。
【００１３】
請求項４に記載のプレス成形装置において、前記凹球面部分の軸線を含む断面における円弧の長さが、球面の円周の１／２０から１／２であると、成形装置にあわせて、成形型の摺動する範囲を最適化できる。
【００１４】
請求項５に記載のプレス成形装置において、成形される素材が、光学素子用素材であると、高精度な光学素子を容易に形成することができる。
【００１５】
請求項６に記載のプレス成形装置において、成形される素材が、ガラスまたはプラスチックであると好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
図３は、本実施の形態にかかるプレス成形装置の断面図である。図３に示すプレス成形装置は、それぞれつば部２ａ、１ａと軸部２ｂ、１ｂとからなる上下成形型２，１、円筒状の胴型３、不図示の押圧装置に連結されシリンダー１９に沿って摺動自在な母型７、固定板１８に固定されている母型８、母型８にボルト９で取り付けられた固定部材６，母型７にボルト１０を用いて取り付けられた固定部材５，下成形型１にボルト１７を用いて固定された固定部材１４、母型８が嵌合するシリンダー１６、成型時に光学素子用素材の外周を規制して光学素子の外形を形成する搬送部品４から構成されている。
【００１７】
上成形型２の母型８と接するつば部２ａは、外周面がテーパー形状となっており、母型８における対応した形状のテーパー孔８ａに嵌合している。更に、弾性部材であるジルコニアからなるセラミックスプリング１３によって、成形型２は、母型８に押しつけられて固定されている。テーパー部同士が嵌合することで、母型８に対して成形型２の偏心が規制されている。
【００１８】
一方、上成形型１のつば部１ａの下面（素材に形状を転写する光学面１ｄと反対側の面）１ｆは、球面状となっており、それに摺動自在に係合する母型７のくぼみ７ａも対応した球面状となっている。それらの曲率中心Ｃは、下成形型２の軸線上にあって且つ成形される光学素子の内部に位置するようになっていると好ましいが、例えば光学素子の両端面からその軸上厚だけ離れた２点間の範囲にあれば足りる場合もあり、要求される成形品の精度にあわせて決定する。更に、下成形型１の凸球面１ｆの軸線を含む断面における円弧の長さが、球面の円周の１／２０から１／４であると良い。又、母型７のくぼみ７ａの凹球面の軸線を含む断面における円弧の長さが、球面の円周の１／２０から１／２であると良い。
【００１９】
弾性部材である部分安定化ジルコニアからなるセラミックスプリング１１によって、下成形型１は、母型７に押しつけられて固定されているが、それにより母型７のくぼみ７ａの表面に沿って上成形型１のつば部１ａの摺動は阻止されることはない。
【００２０】
下成形型１における円筒状の軸部１ｂの外周には、胴型３が嵌合しており、その下端のフランジ部３ａは、下成形型１のつば部１ａの上面である基準面１ｃ上に配置されている。尚、胴型３の上下端面は、精度良く平行度が維持されている。
【００２１】
下成形型１の軸部１ｂ端面中央には、成形されるべき光学素子の光学面形状に対応した光学面１ｄが形成されており、光学面１ｄと基準面１ｃは、下成形型１を加工する時に、ワンチャックで（ワークを掴み変えることなく）同時加工することにより、光学面１ｄの中心軸と、基準面１ｃとなるつき当て面の傾きとを、垂直からのずれがほとんどないように抑えることが可能である。尚、上成形型２の軸部２ｂ端面中央に形成された光学面２ｄと、上成形型２の軸部２ｂの下面である基準面２ｃについても同様に加工してある。又、基準面２ｃは、成形される光学素子のフランジを形成する面となる。
【００２２】
尚、上下成形型２，１の横方向の偏心は、図示していない制御装置で制御するものとする。本実施の形態では、成形型２，１と胴型３の取り付けに、弾性部材である部分安定化ジルコニア製のセラミックスプリングを使っている。下成形型１は、固定部材５に対しセラミックスプリング１１の弾性力により母型７に向かって押圧されており、一方、胴型３は、別のセラミックスプリング１２の弾性力により、固定部材１４に対し下成形型１に向かって押圧されている。胴型３と下成形型１を取り付けるための固定部材５，１４を分けたことで、下成形型１を取り外すことなく胴型３を脱着することができ、それにより作業性が向上している。
【００２３】
胴型３は、斜視図である図４に示すように、上端近傍に一対の切欠３ｂを形成している。更に、ドーナツ形状の搬送部品４は、下成形型１の軸部１ｂにおける上端近傍に形成された段部１ｅに嵌合する内径を有し、又、胴型３の内周（先端面取り部及び切欠３ｂを除く）に当接する外径を有しており、かかる構成により、成形品であるレンズのフランジ外周面を精度良く形成することができる。
【００２４】
尚、母型７、８を貫通し、上下成形型２，１の中央に至るようにして、上下成形型２，１の温度を維持又は制御するための熱電対ＴＣ及びその周囲に配置されたヒータＨが配置されている。
【００２５】
以上のような構造の成形型を用いた成形について説明する。まず、不図示の搬送アームによって、光学素子用素材であるガラスのプリフォーム（不図示）と、搬送部品４が成形室（上下成形型２，１の間）内に搬入されてくる。搬送部品４が下成形型１の軸上となる位置で搬送アームが停止し、下降して搬送部品４が下成形型に設置される（図３参照）。
【００２６】
つぎに搬送アームが上昇、移動し、プリフォームが下成形型１の軸上となる位置で停止する。更に搬送アームが下降することで、プリフォームが下成形型１に設置される。搬送部品４とプリフォームの設置が完了すると、搬送アームは成形室外に退避する。
【００２７】
更に、不図示の押圧装置の動作により、下成形型１が上昇して、プレスを開始する。ここで、胴型３の上下端面の平行度が確保されているので、下成形型１に取り付けられた胴型３の上端が、上成形型２の基準面２ｃにつき当たることにより、上下成形型２，１が傾いていた場合でも、母型７の球面状のくぼみ７ａに沿って下成形型１が摺動し、上成形型２と胴型３のつき当て面が互いに密着するので、成形型２，１の傾きはプレス力により自動的に修正される。又、成形される素材に成形品の外周形状を転写する搬送部品４が、成形品であるレンズのフランジ上面を転写する上成形型２の基準面２ｃに載置される。
【００２８】
プレスが完了し、所定時間経過してプリフォームが冷却した後、下成形型１を下降させ、図４に一点鎖線で示す搬送アームＣＡを成形室に進入させる。搬送アームＣＡは、胴型３の軸上で停止し、一対のアームを切欠３ｂ内に進入させることで、搬送部品４の外周を保持し、そのまま搬送アームＣＡを上方及び成形室外に移動させることで、搬送部品４と一体で成形品である光学素子が回収されるようになっている。尚、搬送アームＣＡは、一対のアームで搬送部品４を把持するタイプに限らず、成形品と搬送部品４とを一体で上方から吸着するタイプでも良い。回収された後、成形品は搬送部品４から抜き出され、後加工が行われる。
【００２９】
本実施の形態では、胴型３の上端面の直径を15mm、下端面の直径を20mmとし、上下端面の平行度を１μｍ以内に抑えている。よって、胴型３の上下端面が上下成形型２，１のそれぞれの基準面２ｃ、１ｃにつきあたることで、上下成形型２，１の光学面２ｄ、１ｄの傾きは30"以内を確保している。胴型３は、光学面２ｄ、２ｄの傾きを規制するだけでなく、成形される光学素子（レンズ等）の軸上厚を規制する役目も合わせもっている。
【００３０】
本実施の形態により成形された光学素子であるレンズは、相対する光学面の傾きが極めて小さく、また、型のつき当て面が成型時に必ず密着するので、成形ショット間の軸上厚のばらつきがほとんどない良好な精度を有している。
【００３１】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、下成形型１に代えて、或いはそれに加えて上成形型２を揺動させるようにしても良い。又、一対の基準面は平面としたが、テーパー面とすることもでき、それによりセンタリング効果が得られる。胴型は、下成形型でなく上成形型に嵌合していても良い。弾性部材は、コイルばねに限らず、皿ばね、ばね座金、板ばねであってよく、又、その材質は、セラミックスに限らず、耐熱性Ni基合金、耐熱性Fe基合金のいずれかであってよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、簡単な構造で成形型の傾きを抑えて、高精度のプレス成形品を得るためのプレス成形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のプレス成形装置の断面図である。
【図２】従来技術のプレス成形装置の断面図である。
【図３】本実施の形態にかかるプレス成形装置の断面図である。
【図４】本実施の形態のプレス成形装置における下成形型１の上端周囲を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
１    下成形型
１ｃ  光学面
１ｄ  基準面
１ｆ  つば部の凸球面
２，２’  上成形型
２ｃ  光学面
２ｄ  基準面
３  胴型
４  搬送部品
５、６  固定部材
７，８  母型
７ａ  くぼみ
１１，１２，１３  セラミックスプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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