JP3609867B2 - Optical element molding method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【技術分野】
本発明は、光学素子材料を上下一対の成形型で成形する成形方法及び装置に関し、特にその成形型からの成形品の取出を容易にする方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び問題点】
従来のガラスモールド法においては、加熱軟化した光学素子材料を押圧成形し、冷却した後、上型又は下型を移動させ、成形された光学素子をロボットハンドにより吸着又は挟んで取り出すことが行なわれている。ところが、成形光学素子は、開いた上下の成形型の特定の一方に常に付着しているとは限らない。このため、ロボットハンドの吸着又は挟み治具が成形光学素子を取り出すことができず、さらには、光学素子のない型表面に治具があたって型を傷付けてしまうおそれがあった。
【0003】
その対策として、特開平5−43259号公報には、センサによって成形品の位置を検出し、上型に付着しているときには、さらに冷却して下型上に落下させ、下型に成形品があることを検出してから成形品を取り出すことが提案されている。しかしながら、これにはセンサ及びその回路が必要であり、設備費が高くなる。
【0004】
また、特開平5−70154号公報には、上型と下型との間に温度差を設け、成形品を成形型の温度まで冷却した後に離型する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、光学素子の上下で温度差を生じるため成形品の形状に不良を生じたり、歪を生じたりすることがある。
【0005】
【発明の目的】
本発明は、特別の機器やセンサを要することなく、成形後の成形光学素子を高い確率で下型上に位置させることができる方法及び装置を得ることを目的とする。
【0006】
【発明の概要】
本発明は、光学素子材料との接触面積が上下の成形型で異なる場合には、接触面積の大きい側の成形型の方が小さい側の成形型より成形光学素子から離脱しやすいという事実を発見してなされたものである。
【0007】
すなわち、本発明は、光学素子材料を、該光学素子材料との接触面積が異なる上下の成形型間に挟着し、該光学素子材料を加熱軟化させて該一対の成形型により押圧成形する光学素子成形方法及び装置において、上下の成形型のうち、光学素子材料との接触面積の大きい側の成形型を、上型として配置し、光学素子材料の熱膨張係数α1と、上下の成形型の熱膨張係数α2との間には、α1>α2の関係が成立し、上下の成形型は、共に凹面をなし、かつ、上下の成形型の曲率半径をR1とR2(R2>R1)としたとき、R2−R1>R1・R2/100を満足することを特徴としている。
【0008】
また、経験的に、上下の成形型の曲率半径をR1とR2(R2>R1)としたとき、
R2−R1>R1・R2/100
を満足すると、より好ましい結果が得られる。
【0009】
【発明の実施例】
以下図示実施例について本発明を説明する。図1は、本発明を適用した光学素子成形装置を示す。本装置は、上胴型10と下胴型20を備えており、この上胴型10と下胴型20にはそれぞれ、上下位置を対応させて、複数個(この実施例では5個)の光学素子成形型の挿入固定孔11と21が穿設されている。この挿入固定孔11と21には、それぞれ光学素子成形用の上型12と下型22が挿入固定されている。上成形型12はその上端部にフランジ12aを有し、同下型22は下端部にフランジ22aを有している。フランジ12aは、上胴型10の上端面と上型基台13との間に挟着固定され、フランジ22aは、スぺーサ24を介して、下胴型20の下端面と下型基台23との間に挟着固定されている。スぺーサ24は、上成形型12と下成形型22の間隔を設定するものである。上型基台13は、昇降シリンダロッド15に接続されており、下型基台23は同昇降シリンダロッド25に接続されている。
【0010】
図2は、下成形型22の単体形状を示している。この下成形型22の母材は、例えば超硬合金タングステンカーバイドWCからなるもので、その成形面を超精密旋盤で研削した後ダイヤモンド研磨材を用いてさらに面粗さを整え、その上に、スパッタリングにより1μm厚程度の白金膜22bを形成している。白金膜22bは、母材の耐熱性、耐酸化性、耐濡れ性を改善する。上成形型12側の構造も同様である。
【0011】
この上下の成形型12、22の成形面は、本実施例では共に凹面であり、その曲率半径は互いに異なっている。つまり成形される光学素子(レンズ)は、表裏の曲率半径が異なる両凸レンズである。そして、本発明は、図5、図6に示すように、この上下の成形型のうち、成形光学材料との接触面積が大きい型、つまり曲率半径が小さい方の型を上型12とし、接触面積が小さい、曲率半径が大きい方の型を下型22とした点に特徴がある。
【0012】
上記構成の装置は、次のようにして光学素子(レンズ)の成形を行なう。図4のように上胴型10と下胴型20を開いた状態で、プリフォーム(光学素子材料)31を各下成形型22の白金膜22b上に載せ、上成形型12がプリフォーム31に接触しないレベル迄、上胴型10を下降させる。次に、上胴型10と下胴型20の周囲に、石英管32とヒータ33を下降させる。石英管32は上胴型10と下胴型20の周囲に密閉室を形成するもので、この石英管32内に窒素ガスを充填するとともに、ヒータ33により加熱を開始し、上胴型10と下胴型20の温度が適当な温度になった時点で、昇降シリンダロッド15により、上胴型10を下胴型20に対してさらに下降させる。上胴型10と下胴型20の温度は、熱電対29により検出される。
【0013】
成形が終了すると、温度がガラス転移点以下となった時点で、石英管32内の窒素ガスを抜き、昇降シリンダロッド15により上胴型10を上昇させて、上胴型10と下胴型20を開く。
【0014】
本発明によると、この際、上下の成形型12と22で成形された光学成形品31Mが、常に下成形型22上に残され、上成形型12側に付着することがない。その理由は、次のように推論される。成形直後の光学成形品31Mと、上下の成形型12、22は僅かな力でくっついている。プリフォーム31の熱膨張係数α1と、上下の成形型12、22の熱膨張係数α2とは、α1>α2の関係があり、このため、押圧成形後の冷却に伴う収縮量は、成形品>成形型である。ガラスモールドレンズでは、型と成形品との接触面積が大きいということは、曲率半径Rが小さいことと同義であり、曲率半径Rが大きいものと小さいものとでは、光学素子外周での収縮量は、曲率半径Rが小さいものの方が大きい。言い替えれば、成形された光学素子中心への引張力が大きく、従って、成形型から離れやすい。図6の破線は、収縮後の光学成形品31Mの形状を誇張して描いたもので、曲率半径Rの小さい上成形型12側の方が大きい下成形型22側よりも形状変化が大きい。つまり、光学成形品31M内で、上成形型12側に生じる光学成形品31Mの中心への引張力F1の方が、下成形型22側に生じる力F2より大きい。この力の差により、成形後に上下の成形型を分離させる際、成形品は曲率半径Rの小さい上型11からは離れ、曲率半径Rの大きい下成形型22に残る。
【0015】
なお、曲率半径Rの大きい接触面積の小さい型を上型としても、常に上型に成形品が付着するとは限らない。なぜなら、曲率半径Rの大きい接触面積の小さい型と成形品との付着力は、常に成形品の重量に打ち勝つことができる程大きいとは限らないからである。
【0016】
具体的な実施例について説明する。
上下の成形型12、22を共に超硬合金タングステンカーバイドWC(熱膨張係数;45×10−7deg )から構成し、その成形面の表面粗さをRmax=0.02μmとし、その上にスパッタリングにより、厚さ1ミクロンmの白金膜12bを形成した。上成形型12の曲率半径Rは近軸で17mm、下成形型22の曲率半径Rは同50mmであった。プリフォーム31として、『VC78ガラス』(熱膨張係数;95×10−7deg 、住田光学ガラス製)を用い、成形温度580℃、成形圧力100kgf/cm2 で成形した。この成形を10,000回繰り返したが、すべて下成形型22側に光学成形品31Mが残り、上成形型12側に光学成形品31Mが付着したことは一度もなかった。『PSK50ガラス』(熱膨張係数;112×10−7deg 、住田光学ガラス製)を用い、同一条件で成形を行なった場合も同様であった。
【0017】
以上の実施例のように、本発明によれば、接触面積の大きい曲率半径Rの小さい型を上型とすることにより、成形品を下型に残すことができる。上下の型の接触面積(曲率半径R)の差が小さい場合でも、成形品には一定の重量があるため、重量と本発明による離型特性との相乗効果により、常に下型上に成形品を残すことを期待できる。もっとも、確実な効果を得るには、上下の型の曲率半径をR1とR2(R2>R1)としたとき、
R2−R1>R1・R2/100
を満足するときに、本発明を適用することが好ましい。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、上下の成形型のうち、光学素子成形材料との接触面積が大きい方の型を上型にするという簡単な構成により、成形終了後の成形品を下型に残す確率を高めることができ、成形品の取出作業性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した光学素子成形装置の成形部の縦断面図である。
【図2】図1に示した成形装置の下型の詳細な縦断面図である。
【図3】図1に示した下胴型の平面図である。
【図4】図1の装置の成形状態の縦断面図である。
【図5】本発明による上下の成形型の配置例を示す縦断面図である。
【図6】図5の要部拡大図である。
【符号の説明】
12 上成形型
22 下成形型
31 プリフォーム
31M 成形品[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a molding method and apparatus for molding an optical element material with a pair of upper and lower molds, and more particularly to a method and apparatus for facilitating removal of a molded product from the mold.
[0002]
[Prior art and problems]
In the conventional glass mold method, the heat-softened optical element material is press-molded, cooled, and then the upper mold or the lower mold is moved, and the molded optical element is picked up or taken out by a robot hand. ing. However, the molding optical element does not always adhere to a specific one of the open upper and lower molding dies. For this reason, the chucking or pinching jig of the robot hand cannot take out the molding optical element, and further, the jig may hit the mold surface without the optical element and damage the mold.
[0003]
As a countermeasure, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-43259 discloses that the position of a molded product is detected by a sensor, and when it is attached to the upper mold, it is further cooled and dropped onto the lower mold. It has been proposed to take out a molded article after detecting it. However, this requires a sensor and its circuit, which increases equipment costs.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-70154 proposes a method in which a temperature difference is provided between an upper mold and a lower mold, and the mold product is cooled to the temperature of the mold and then released. However, in this method, a temperature difference is generated between the upper and lower sides of the optical element, so that the shape of the molded product may be defective or distorted.
[0005]
OBJECT OF THE INVENTION
An object of this invention is to obtain the method and apparatus which can position the shaping | molding optical element after shaping | molding on a lower mold | die with high probability, without requiring a special apparatus and a sensor.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention has found the fact that when the contact area with the optical element material is different between the upper and lower molds, the mold with the larger contact area is more easily separated from the mold optical element than the mold with the smaller side. It was made.
[0007]
That is, the present invention provides an optical element in which an optical element material is sandwiched between upper and lower molds having different contact areas with the optical element material, and the optical element material is heat-softened and press-molded by the pair of molds. In the element molding method and apparatus, among the upper and lower molds, the mold having the larger contact area with the optical element material is disposed as the upper mold, and the thermal expansion coefficient α1 of the optical element material and the upper and lower molds The relationship of α1> α2 is established between the thermal expansion coefficient α2 and the upper and lower molds are both concave surfaces, and the curvature radii of the upper and lower molds are R1 and R2 (R2> R1). In this case, R2−R1> R1 · R2 / 100 is satisfied.
[0008]
Further, empirically, when the curvature radii of the upper and lower molds are R1 and R2 (R2> R1),
R2-R1> R1 / R2 / 100
When satisfying the above, more preferable results can be obtained.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to illustrated embodiments. FIG. 1 shows an optical element molding apparatus to which the present invention is applied. The apparatus includes an upper trunk mold 10 and a
[0010]
FIG. 2 shows a single shape of the
[0011]
The molding surfaces of the upper and lower molding dies 12 and 22 are both concave in this embodiment, and their radii of curvature are different from each other. That is, the optical element (lens) to be molded is a biconvex lens having different curvature radii on the front and back sides. In the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, among the upper and lower molds, a mold having a large contact area with the molding optical material, that is, a mold having a smaller radius of curvature is used as the
[0012]
The apparatus having the above configuration molds an optical element (lens) as follows. With the upper body mold 10 and the
[0013]
When the molding is finished, when the temperature becomes equal to or lower than the glass transition point, the nitrogen gas in the
[0014]
According to the present invention, at this time, the optical molded
[0015]
Note that even if a mold having a large curvature radius R and a small contact area is used as the upper mold, the molded product does not always adhere to the upper mold. This is because the adhesion force between the mold having a large radius of curvature R and a small contact area and the molded product is not always so large as to overcome the weight of the molded product.
[0016]
A specific embodiment will be described.
The upper and
[0017]
As in the above-described embodiments, according to the present invention, the molded product can be left in the lower mold by using the mold having a large contact area and a small curvature radius R as the upper mold. Even if the difference in the contact area (curvature radius R) between the upper and lower molds is small, the molded product has a constant weight. Therefore, the molded product is always formed on the lower mold due to the synergistic effect of the weight and the release characteristics according to the present invention. You can expect to leave. However, in order to obtain a certain effect, when the curvature radii of the upper and lower molds are R1 and R2 (R2> R1),
R2-R1> R1 / R2 / 100
When this is satisfied, it is preferable to apply the present invention.
[0018]
【The invention's effect】
According to the present invention, the probability that the molded product after molding is left in the lower mold is the simple structure in which the mold having the larger contact area with the optical element molding material is the upper mold among the upper and lower molds. This can increase the workability of taking out the molded product.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a molding part of an optical element molding apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a detailed longitudinal sectional view of a lower mold of the molding apparatus shown in FIG.
3 is a plan view of the lower body mold shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a molding state of the apparatus of FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an example of arrangement of upper and lower molds according to the present invention.
6 is an enlarged view of a main part of FIG.
[Explanation of symbols]
12
Claims (2)
上記上下の成形型のうち、該光学素子材料との接触面積の大きい側の成形型を、上型として成形し、
該光学素子材料の熱膨張係数α1と、上記上下の成形型の熱膨張係数α2との間には、α1>α2の関係が成立し、
上記上下の成形型は、共に凹面をなし、かつ、
該上下の成形型の曲率半径をR1とR2(R2>R1)としたとき、R2−R1>R1・R2/100を満足することを特徴とする光学素子の成形方法。In an optical element molding method in which an optical element material is sandwiched between upper and lower molds having different contact areas with the optical element material, the optical element material is heated and softened, and press-molded by the pair of molds.
Of the upper and lower molds, a mold having a larger contact area with the optical element material is molded as an upper mold,
The relationship of α1> α2 is established between the thermal expansion coefficient α1 of the optical element material and the thermal expansion coefficient α2 of the upper and lower molds.
The upper and lower molds are both concave, and
An optical element molding method characterized by satisfying R2-R1> R1 · R2 / 100, where R1 and R2 (R2> R1) are curvature radii of the upper and lower molds.
上記上下の成形型のうち、光学素子材料との接触面積の大きい側の成形型が、上型として配置され、
該光学素子材料の熱膨張係数α1と、上記上下の成形型の熱膨張係数α2との間には、α1>α2の関係が成立し、
上記上下の成形型は、共に凹面をなし、かつ、
上記上下の成形型の曲率半径をR1とR2(R2>R1)としたとき、R2−R1>R1・R2/100を満足することを特徴とする光学素子の成形装置。In an optical element molding apparatus that sandwiches an optical element material between upper and lower molds having different contact areas with the optical element material, heat-softens the optical element material, and press-molds with the pair of molds.
Among the upper and lower molds, the mold on the side having a large contact area with the optical element material is arranged as an upper mold,
The relationship of α1> α2 is established between the thermal expansion coefficient α1 of the optical element material and the thermal expansion coefficient α2 of the upper and lower molds.
The upper and lower molds are both concave, and
An optical element molding apparatus characterized by satisfying R2-R1> R1 · R2 / 100, where R1 and R2 (R2> R1) are curvature radii of the upper and lower molding dies.
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