(57)【要約】【課題】ゲルマニウムレンズの溶融成形において、多数個取りを可能にした型装置及びそれを用いた成形方法の提供を目的とする。【解決手段】複数のモールド型を配置したホルダーと、冷却ガスの分配プレートとを備え、前記分配プレートから前記各モールド型の裏面側の中心部に向けて冷却ガスを分配する分配路を有し、前記各モールド型は成形面の中心部から周囲に向けて冷却されるように前記各モールド型の裏面に凹部を形成してあることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモールド型を配置したホルダーと、
冷却ガスの分配プレートとを備え、
前記分配プレートから前記各モールド型の裏面側の中心部に向けて冷却ガスを分配する分配路を有し、前記各モールド型は成形面の中心部から周囲に向けて冷却されるように前記各モールド型の裏面に凹部を形成してあることを特徴とするゲルマニウムレンズ用の成形型装置。
【請求項２】
前記ホルダーは円筒形状であり、
前記複数のモールド型の中心を通る接円が前記ホルダーと同心円になるように、前記各モールド型を配置してあることを特徴とする請求項１記載の成形型装置。
【請求項３】
前記各モールド型は、裏面側にて嵌合支持した支持部材を介して前記ホルダーに保持されていることを特徴とする請求項１又は２記載の成形型装置。
【請求項４】
前記支持部材は、前記支持部材と鉛直方向にて接触、配置された保持プレートに設けた冷却ガスの導入部材に位置決め連結されていることを特徴とする請求項３記載の成形型装置。
【請求項５】
前記支持部材と前記導入部材との間に前記冷却ガスを排気するための排ガス路を形式してあることを特徴とする請求項４記載の成形型装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のゲルマニウムレンズ用の成形型装置を用いた成形方法であって、
成形面が凸面からなるモールド型が装着された上型装置と、
成形面が凹面からなるモールド型が装着された下型装置とを上下に対向配置し、
前記上下型装置に導入する冷却ガス量が前記上型装置よりも前記下型装置の方が多く設定されていることを特徴とするゲルマニウムレンズの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲルマニウムレンズを溶融成形するための型装置及びそれを用いた成形方法に関し、特に多数個取りを可能にした型装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
ゲルマニウムを高温に溶融し、レンズを成形する技術分野にあっては、ゲルマニウムが溶融成形後の冷却過程にて体積膨張する性質を有し、冷却条件によっては、レンズ表面に膨らみ（粒界段差）や形状の転写不良等といった外観不良が発生する。
一方で、１０００℃程度の高温下で使用できるモールド型及びモールド等を構成する材料は限られてしまうので、成形型装置の構成によってはレンズ光学性能を左右する偏心を助長してしまう可能性があるといった課題がある。
本出願人はこれまでに１個取りについて、レンズの光学性能に優れたゲルマニウムレンズの溶融成形方法を提案している（特許文献１）。
しかし、多数個取りにすると、個々のモールド型のみならず、各モールド型間の冷却均一性がさらに要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６０３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ゲルマニウムレンズの溶融成形において、多数個取りを可能にした型装置及びそれを用いた成形方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るゲルマニウムレンズ用の成形型装置は、複数のモールド型を配置したホルダーと、冷却ガスの分配プレートとを備え、前記分配プレートから前記各モールド型の裏面側の中心部に向けて冷却ガスを分配する分配路を有し、前記各モールド型は成形面の中心部から周囲に向けて冷却されるように前記各モールド型の裏面に凹部を形成してあることを特徴とする。
本明細書において、モールド型のキャビティを形成する側を成形面と表現し、その反対側の面を裏面と表現する。
【０００６】
このように、複数のモールド型をホルダーに配置した各モールド型の裏面側に設けた凹部に冷却ガスを分配したので、各モールドの成形面の中心から周囲に向けてレンズが冷却される。
また、分配プレートを用いて各モールド型の裏面に冷却ガスを分配したので各モールド型間の冷却バラツキも小さい。
そのため、成形過程にて体積膨張するゲルマニウムレンズの膨らみや粒界段差等といった外観不良の発生を少なくできる。
【０００７】
ここで、前記ホルダーは円筒形状であり、前記複数のモールド型の中心を通る接円が前記ホルダーと同心円になるように、前記各モールド型を配置してあるのが好ましい。このようにすると、ヒーターによる加熱や冷却ガスによる冷却が、ホルダー内で各モールドに均一に伝達されやすくなる。
【０００８】
本発明において、前記各モールド型は、裏面側にて嵌合支持した支持部材を介して前記ホルダーに保持されていてもよい。ゲルマニウムレンズを溶融成形する際には各モールドを約１０００℃位まで加熱し、ゲルマニウムを溶融成形した後に冷却することになるため、モールド型には熱膨張と冷却収縮が繰り返される。この際にモールド型を支持部材に嵌合支持してあると、モールド型の中心位置精度を確保しつつ、加熱、冷却が可能となる。
【０００９】
本発明において、前記支持部材は、前記支持部材と鉛直方向にて接触、配置された保持プレートに設けた冷却ガスの導入部材に位置決め連結されていてもよく、前記支持部材と前記導入部材との間に前記冷却ガスを排気するための排ガス路が形成してあってもよい。
【００１０】
本発明に係るゲルマニウムレンズの成形方法は、請求項１〜５のいずれかに記載のゲルマニウムレンズ用の成形型装置を用いた成形方法であって、成形面が凸面からなるモールド型が装着された上型装置と成形面が凹面からなるモールド型が装着された下型装置とを上下に対向配置し、前記上下型装置に導入する冷却窒素ガス量が前記上型装置よりも前記下型装置の方が多く設定されていることを特徴とする。
このように成形すると、多数個取りされた各ゲルマニウムレンズの偏心が小さく、優れた光学特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るゲルマニウムレンズの成形型装置にあっては、ホルダーに複数のモールド型を配置し、冷却ガスの分配プレートを介して各モールド型の裏面側に冷却ガスを吹き付けるとともに、当該モールド型の裏面に冷却用凹部を形成したので、各モールドが均一に、且つ、各モールドの中心部から周囲に向けてゲルマニウムが冷却される。
これにより、多数個取りのゲルマニウムレンズを高い良品率で得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る型装置の断面図を示す。
【図２】型装置のモールド型付近の要部拡大図を示す。
【図３】上型装置と下型装置が開いた状態を示す。
【図４】型装置の要部の分解図を示す。
【図５】モールド型、支持部材及び導入部材の位置関係を示す。
【図６】図５の３つの部材を組み立てた状態を示す。
【図７】（ａ）は５個のモールド型の配置例、（ｂ）は８個のモールド型の配置例を示す。（ｃ）はホルダーに取り付けた導入部材の配置例を示し、５個取りの場合である。
【図８】５個取りの型装置を用いて、成形したゲルマニウムレンズを目視による外観良否判定結果を示す。
【図９】５個取りの型装置を用いて、成形したゲルマニウムレンズの偏心量の測定結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る型装置の構造例を以下図面に基づいて説明するが、本発明はゲルマニウムレンズの多数個取りの個数に制限がなく、本実施の形態に限定されない。
【００１４】
図１は、上型装置と下型装置を上下に対向配置した型装置と断面図を示し、上型装置が上昇及び下降制御されている。
図２は、モールド型付近の要部拡大図を示す。
上モールド型１１と下モールド型２１とで、その間にゲルマニウムレンズを成形するためのキャビティが形成される。
本実施例では、上型装置と下型装置とが概ね同一構造に形成した例になっているので、共通する部分は上下対応させて説明する。
図３は、上型装置と下型装置が開いた状態を示す。
【００１５】
上モールド型１１は、成形面１１ａが凸面形状になっており、裏面側が冷却ガスの入り込む凹部形状の冷却凹部１１ｂとなっている。
これに対して下モールド型２１は、成形面２１ａが凹面形状で裏面側に凹部形状の冷却凹部２１ｂを形成してある。
冷却凹部１１ｂ，２１ｂは、中央部が凹んだ球面形状になっている。
これにより、モールド型の中心部の肉厚がモールド型全体の中で最も薄くなっている。
上・下モールド型は、図４に分解図を示したように断面円孔状の嵌合部１１ｃ，２１ｃを形成してあり、支持部材１２，２２に形成した外形円形状の凸状の嵌合部１２ｄ，２２ｄに、この上・下モールド型１１，２１を嵌合支持させてある。
このようにすると、上・下モールド型１１，２１を支持部材１２，２２とともに保持するホルダー１３，２３との間に図２に示されている所定の隙間ｄを形成しておくことで、モールド型の製作材料とホルダーの製作材料に熱膨張係数に差があっても上・下モールド型１１，２１は、支持部材１２，２２に中央部で嵌合支持されているため、モールド型がずれるのを防止できる。
【００１６】
上下のホルダー１３，２３は、図７（ａ）に上型装置の例を示すように複数のモールド型１１を保持するためのものである。
本実施例は、外形が円形状で円筒形状のホルダー１３になっていて、その周廻りに各モールド型１１の中心を通る接円がホルダー１３と同心円になるように、５個のモールド型１１を等間隔に配置した例になっている。
なお、図７（ｂ）に８個取りのモールド型１１を配置したホルダー１１３の例を示す。
【００１７】
ホルダー１３，２３は、保持プレート１５，２５に設けた位置決めピン１５ａ，２５ａと位置決め孔１３ｄ，２３ｄとにて、この保持プレート１５，２５に位置決め連結されている。
本実施例では、保持プレート１５，２５がさらに中間プレート１６，２６と基部プレート１７，２７、分配プレート１８，２８を介して、上台座３０，下台座４０に連結されている。
この中間プレート１６，２６及び基部プレート１７，２７は、必ずしも必要ではなく、保持プレート１５と一体的であってもよい。
なお、本実施例では、分配プレート１８，２８と、上・下台座３０，４０との間に、断熱プレート１９，２９を介在させた例になっている。
【００１８】
支持部材１２，２２と鉛直上方および鉛直下方にて接触、配置された保持プレート１５，２５には、窒素ガス等の冷却ガスの導入及び排気のための流路を形成すべく、モールド型の配置に合せて導入部材１４，２４を図４に示すように装着部１５ｂ，２５ｂに取り付けてあり、前記支持部材１２，２２の位置決め孔１２ｃ，２２ｃと、導入部材１４，２４に設けた位置決めピン１４ｃ，２４ｃにて、この支持部材１２，２２を位置決め連結してある。
上・下モールド型１１，２１の上下方向の位置決めは、ホルダー１３，２３に形成したモールド型の装着孔１３ｃ，２３ｃに上・下モールド型１１，２１を装着する際に、上・下モールド型側に設けた拡径段差部１１ｄ，２１ｄが前記装着孔側に設けた縮径段差部１３ｂ，２３ｂに当接し、支持部材１２，２２に背面から押圧連結することで行われている。
なお、図面には加熱ヒータを表示していないが、モールド型は高温になるように加熱できる。
【００１９】
次に、冷却ガスによる冷却構造について説明する。
上台座３０及び下台座４０には、冷却ガス管の連結部３１，４１を有し、流路３２，４２を経由して分配プレート１８，２８に供給される。
分配プレート１８，２８は、中央部から放射状にモールド型の数に合せて形成した分配路１８ａ，２８ａを有し、そこから導入部材１４，２４に形成した導入孔１４ａ，２４ａを経由して、上・下モールド型１１，２１の裏面側に形成した冷却凹部１１ｂ，２１ｂに向けて、この冷却ガスが吹き付けられる。
上・下モールド型１１，２１に供した冷却ガスは、支持部材１２，２２と導入部材１４，２４との間に形成した排ガス路（１２ａ，１４ｂ）及び（２２ａ，２４ｂ）を経由して型装置の外部に排出される。
本実施例では、保持プレート１５，２５側にも導入部材１４，２４の排ガス路１４ｂ，２４ｂに連通した排ガス部１５ｃ，２５ｃを形成した例になっている。
排ガスの流路の位置関係を図５，６及び図７（ｃ）に示す。
【実施例１】
【００２０】
本発明に係る型装置と、従来のモールド型の裏面に冷却凹部を有しない型装置を用いて、ゲルマニウムレンズをモールド成形した結果を以下説明する。５個取りの型装置を用いて、成形したゲルマニウムレンズを目視による外観良否判定を行った。
その外観検査結果を図８に示す。
図８に示すように、従来の方法、すなわち従来のモールド型の裏面に冷却凹部を有しない型装置を用いてゲルマニウムレンズをモールド成形した方法では、総数４０個のうち冷却方法に起因すると思われる外観不良が４個（膨らみ不良：３個、転写不良：１個）発生した。
これに対して、本発明に係る型装置を用いてゲルマニウムレンズをモールド成形した方法、すなわち本発明による方法では総数４５個に対して外観不良は全く発生していなかった。
【実施例２】
【００２１】
次に、ゲルマニウムレンズの芯取り外形加工を行い、反射式偏心測定機（オリンパス製，ＬＣＴＲ−Ｍ）で、芯取り外径に対するレンズ凸面の振れ量（偏り量）を測定し、外径とレンズ凸面の同軸が出ていること（振れ量が５μｍ以下）を確認した。
その後、外径に対するレンズ凹面の振れ量（偏り量）を測定し、その振れ量（偏り量）をレンズ両面の相対偏り量に近似して評価を行った測定結果をプロットしたものを図９に示す。
図９中に示すキャビ１〜５はモールド型の位置を示し、ショット数は全成形回数を表している。
１〜８ショットまでの計８ショット分は従来法、９〜１７ショットまでの計９ショット分は本発明の型装置で成形したレンズの相対偏り量（以下、相対偏芯量）の測定結果をプロットしたものである。
なお、前記の外観不良と判定されたレンズについては、当該測定を実施しなかった。
従来の型装置で成形したレンズ８ショット分  総数４０個についてはレンズの相対偏心量の最大値は４１μｍであり、その平均値は２６μｍであった。
最大値と最小値の差は、３１μｍもあり、ばらつき範囲が広く、レンズとしての光学特性も安定していないことがわかった。したがって、最終的な良品率としては約７０％であった。
これに対して、本発明の型装置で成形したレンズ９ショット分（計４５個）では、レンズの相対偏心量の最大値は２３μｍで、その平均値は１７μｍである。
最大値と最小値の差が１４μｍで従来法と比較して、相対偏心量自体が小さくなっており、そのばらつき範囲も低減していた。
また、最終的な良品率としても９０％以上で従来法よりも安定して成型レンズを得ることができた。
以上の試験結果より、本発明の装置および成形方法は、これまでの装置に比べて、成形したレンズの膨らみや転写不良などの外観不良、相対偏心量を低減できていることから、成形レンズ品質の点で、ばらつきを低減する効果を有している。
なお、今回の実施例では、下モールド型２１の冷却凹部２１ｂに吹き付けたガス量が、上モールド型１１の冷却凹部１１ｂに吹き付けたガス量に対して体積比で１．５〜３倍多くなるように設定した。
【符号の説明】
【００２２】
１１      上モールド型
１１ａ    成形面
１１ｂ    冷却凹部
１１ｃ    嵌合部
１２      支持部材
１２ａ    排ガス路
１２ｄ    嵌合部
１３      ホルダー
１４      導入部材
１４ａ    導入孔
１４ｂ    排ガス路
１４ｃ    位置決めピン
１５      保持プレート
１６      中間プレート
１７      基部プレート
１８      分配プレート
１８ａ    分配路
１９      断熱プレート
２１      下モールド型
２１ａ    成形面
２１ｂ    冷却凹部
２２      支持部材
２３      ホルダー
２４      導入部材
２４ａ    導入孔
２５      保持プレート
２８      分配プレート
２８ａ    分配路
３０      上台座
４０      下台座
【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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