JP2010030802A - Method for producing optical element, and production device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成形素材を一対の成形型間に挟んで加熱・プレスし光学素子を成形する光学素子の製造方法及びその製造装置に関する。 The present invention relates to an optical element manufacturing method and an apparatus for manufacturing an optical element, in which a molding material is sandwiched between a pair of molds and heated and pressed to mold an optical element.
近年、上型及び下型からなる成形型とスリーブ（胴型）を用いて光学素子を成形する技術が採用されるようになっている。この成形技術によれば、成形型内に形成されたキャビティ内に成形素材を配置し、プレスすることで所望形状の光学素子が得られる。しかし、プレスの際に上型及び下型間の距離が小さくなるにつれて、軟化した成形素材が上下型間の成形面外の領域、又は型とスリーブとのクリアランス領域などのガラス転写に望まれない領域に侵入するおそれがある。 In recent years, a technique for molding an optical element using a molding die including an upper die and a lower die and a sleeve (trunk die) has been adopted. According to this molding technique, an optical element having a desired shape can be obtained by placing a molding material in a cavity formed in a mold and pressing it. However, as the distance between the upper mold and the lower mold decreases during pressing, the softened molding material is not desired for glass transfer such as the area outside the molding surface between the upper and lower molds, or the clearance area between the mold and the sleeve. There is a risk of entering the area.
そして、クリアランス領域（ガラス転写に望まれない領域）に侵入した成形素材が冷えて固まるとバリが形成される。このバリは、作業者が型から成形品を取り出す際や、後工程でのハンドリング時にカン、カケの原因となる。 When the molding material that has entered the clearance area (the area not desired for glass transfer) cools and hardens, burrs are formed. This burr causes a can and chip when an operator takes out a molded product from a mold or when handling in a subsequent process.
これを解決すべく、例えば特許文献１では、上型及び下型材料をスリーブ材料よりも線膨張係数の大きいものを使用して成形する技術が提案されている。これにより、上型又は下型とスリーブとのクリアランスを減少させて、そのクリアランス領域への成形素材の侵入を防止するというものである。
しかしながら、上型又は下型はスリーブとの間で相対移動（摺動）する必要があるため、ある程度のクリアランスを確保しないと上型又は下型とスリーブとの間の摺動が困難となる。 However, since the upper die or the lower die needs to move (slide) relative to the sleeve, it is difficult to slide between the upper die or the lower die and the sleeve unless a certain clearance is secured.
一方、図１１に示すように、上型１２１又は下型１２２とスリーブ１２３とのクリアランスが大きいと、成形素材１３０の体積を光学素子の体積と等しく設定したとしても、成形素材１３０がキャビティ１２５内に充填される前にキャビティ１２５の外にはみ出してしまう。そして、そのクリアランスに、軟化した成形素材１３０が入り込み、前述した不具合が発生する。 On the other hand, as shown in FIG. 11, if the clearance between the upper mold 121 or the lower mold 122 and the sleeve 123 is large, the molding material 130 is not contained in the cavity 125 even if the volume of the molding material 130 is set equal to the volume of the optical element. Before being filled into the cavity 125. Then, the softened molding material 130 enters the clearance, and the above-described problems occur.
さらに、成形室内が窒素雰囲気など非真空状態で成形を行う場合、加熱前の段階で型内を十分に真空引きしないとキャビティ内にガスが残り、成形面に空気溜りが発生するおそれがある。 Further, when molding is performed in a non-vacuum state such as a nitrogen atmosphere in the molding chamber, gas may remain in the cavity unless the interior of the mold is sufficiently evacuated before heating, and air may remain on the molding surface.
これに対し、成形素材を低い温度で加熱して高粘度でプレスし、成形素材が上型又は下型とスリーブとの間に侵入しないようにすることも考えられる。しかし、これでは、成形素材を所望形状にプレスするまでに多くの時間を要する。この場合、特に体積の大きい成形素材ほどタクトタイムが大きくなってしまう。 On the other hand, it is also conceivable that the molding material is heated at a low temperature and pressed at a high viscosity so that the molding material does not enter between the upper die or the lower die and the sleeve. However, this requires a lot of time to press the molding material into a desired shape. In this case, the tact time is particularly increased as the molding material has a larger volume.
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を得ることのできる光学素子の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an optical element manufacturing method capable of obtaining a high-precision optical element with a fast tact time without generating defects such as burrs, cracks and cans, and the like An object is to provide a manufacturing apparatus.
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
成形素材を一対の成形型間に挟んで加熱・プレスし光学素子を成形する光学素子の製造方法において、
前記成形素材を加熱しているときに、加熱により軟化した前記成形素材のキャビティ周囲の空間へのはみ出しを、はみ出し防止手段によって抑制することを特徴とする。
In order to achieve the object, the invention according to claim 1
In the method of manufacturing an optical element in which a molding material is sandwiched between a pair of molds and heated and pressed to mold an optical element.
When the molding material is being heated, the projection material that has been softened by heating is prevented from protruding into the space around the cavity by the projection preventing means.
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記はみ出し防止手段により、前記成形素材が変形しキャビティ周囲の空間に流動する前の段階で前記空間の内圧を上昇させることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the method of manufacturing an optical element according to claim 1,
The internal pressure of the space is increased by the protrusion prevention means before the molding material is deformed and flows into the space around the cavity.
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記はみ出し防止手段は、前記キャビティを形成する成形面の外側に配置され、プレス方向に変形する通気性を有する離型素材であることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the method of manufacturing an optical element according to claim 1,
The protrusion preventing means is a release material that is disposed outside the molding surface that forms the cavity and has air permeability that deforms in the pressing direction.
請求項４に係る発明は、
対向配置された一対の成形型と当該一対の成形型間に挟持された成形素材とを有し、前記成形素材を加熱・プレスして光学素子を成形する光学素子の製造装置において、
前記成形素材の加熱時に、加熱により軟化した前記成形素材のキャビティ周囲の空間へのはみ出しを防止するはみ出し防止手段を備えていることを特徴とする。
The invention according to claim 4
In an optical element manufacturing apparatus that has a pair of molding dies arranged opposite to each other and a molding material sandwiched between the pair of molding dies, and heats and presses the molding material to mold an optical element,
It is characterized in that it has a protrusion preventing means for preventing the molding material softened by heating from protruding into the space around the cavity when the molding material is heated.
本発明によれば、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を得ることができる。 According to the present invention, a highly accurate optical element can be obtained with a fast tact time without generating defects such as burrs, cracks and cans.
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［光学素子の製造装置の構成］
図１は、本実施形態の光学素子の製造装置１の概略構成を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of optical element manufacturing apparatus]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical element manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment.
この製造装置１は成形室２を有し、成形室２内にはプレスステージ３と冷却ステージ４とが設けられている。成形室２の入口と出口には、上下に開閉自在なシャッタ５，６が設けられている。この入口側のシャッタ５を開いて後述する型セット１６を矢印方向に成形室２内に搬入する。また、出口側のシャッタ６を開いて成形完了後の型セット１６を成形室２から矢印方向に外部に搬出する。 The manufacturing apparatus 1 has a molding chamber 2, and a press stage 3 and a cooling stage 4 are provided in the molding chamber 2. Shutters 5 and 6 that can be opened and closed up and down are provided at the entrance and the exit of the molding chamber 2. The shutter 5 on the entrance side is opened, and a mold set 16 described later is carried into the molding chamber 2 in the direction of the arrow. Further, the shutter 6 on the outlet side is opened, and the mold set 16 after completion of molding is carried out of the molding chamber 2 in the direction of the arrow.
成形室２には、気体流入口７と気体流出口８が設けられていて、成形室２内を窒素（Ｎ２）等の不活性ガスにより置換可能な構造になっている。なお、本実施形態では成形室２内にプレスステージ３と冷却ステージ４を設けた場合について説明するが、これに限らない。これらのステージ３，４以外にも、例えば加熱ステージ等を設けてもよい。 The molding chamber 2 is provided with a gas inlet 7 and a gas outlet 8 so that the inside of the molding chamber 2 can be replaced with an inert gas such as nitrogen (N2). In addition, although this embodiment demonstrates the case where the press stage 3 and the cooling stage 4 are provided in the molding chamber 2, it does not restrict to this. In addition to these stages 3 and 4, for example, a heating stage or the like may be provided.
プレスステージ３は、離間して上下に対向する一対の上プレート１２及び下プレート１４と、下プレート１４を下方から支持する基台９とを有している。上プレート１２は、上メインプレート１２１と上サブプレート１２２とを有している。そして、これら上プレート１２及び下プレート１４間に型セット１６が搬入載置される。 The press stage 3 includes a pair of an upper plate 12 and a lower plate 14 that are spaced apart and face each other up and down, and a base 9 that supports the lower plate 14 from below. Upper plate 12 has an upper main plate 12 1 and the upper sub-plate 12 2. Then, the mold set 16 is carried in and placed between the upper plate 12 and the lower plate 14.
上プレート１２と下プレート１４には、夫々上カートリッジヒータ１３と下カートリッジヒータ１５が内蔵されている。上カートリッジヒータ１３は、上メインカートリッジヒータ１３１と上サブカートリッジヒータ１３２とを有している。これら上・下カートリッジヒータ１３、１５により、型セット１６内の成形素材３０が所定温度に加熱される。 An upper cartridge heater 13 and a lower cartridge heater 15 are incorporated in the upper plate 12 and the lower plate 14, respectively. Upper cartridge heater 13 has an upper main cartridge heater 13 1 and the upper sub-cartridge heaters 13 2. The upper and lower cartridge heaters 13 and 15 heat the molding material 30 in the mold set 16 to a predetermined temperature.
また、上メインプレート１２１には、この上メインプレート１２１を上下（対向）方向に駆動するメインシリンダ１８が設けられている。同様に、上サブプレート１２２には、この上サブプレート１２２を上下（対向）方向に駆動するサブシリンダ１９が設けられている。これらメインシリンダ１８とサブシリンダ１９は独立して駆動可能となっている。 Further, the upper main plate 12 1, the main cylinder 18 is provided for driving the main plate 12 1 on the up and down (opposite) direction. Similarly, the upper sub-plate 12 2, sub cylinder 19 is provided for driving the upper sub-plate 12 2 to the vertical (opposite) direction. The main cylinder 18 and the sub cylinder 19 can be driven independently.
なお、本実施形態では、サブシリンダ１９はメインシリンダ１８の周囲を囲むように円筒状に形成したものを想定している。ただし、これに限らない。例えば、円周上に複数のシリンダを配置したものでもよい。 In the present embodiment, it is assumed that the sub cylinder 19 is formed in a cylindrical shape so as to surround the main cylinder 18. However, it is not limited to this. For example, a plurality of cylinders may be arranged on the circumference.
こうして、型セット１６は、メインシリンダ１８による上メインプレート１２１の昇降動作、及びサブシリンダ１９による上サブプレート１２２の昇降動作により挟持、挟圧等の動作が行われる。 Thus, the mold sets 16, clamping, the operation of the clamping pressure or the like is performed by the upper main plate 12 1 of the lifting operation, and vertical movement of the upper sub-plate 12 2 by the sub-cylinder 19 by the main cylinder 18.
冷却ステージ４も同様の構成を有している。このため、プレスステージ３と同一又は相当する部材には、その符号に’（ダッシュ）を付してその説明を省略する。
この冷却ステージ４では、上プレート１２’及び下プレート１４’が型セット１６を挟持することで、該型セット１６は所定の温度まで冷却される。これにより、成形された成形品の歪取りや形状安定化が図られる。
［型セットの構成］
図２は、型セット１６の概略構成を示す断面図である。
The cooling stage 4 has a similar configuration. For this reason, members that are the same as or equivalent to those of the press stage 3 are denoted by “(dash)”, and description thereof is omitted.
In the cooling stage 4, the upper plate 12 ′ and the lower plate 14 ′ sandwich the mold set 16, so that the mold set 16 is cooled to a predetermined temperature. Thereby, distortion removal and shape stabilization of the molded product are achieved.
[Configuration of type set]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the mold set 16.
この型セット１６は、上型２１、下型２２、及びはみ出し防止手段としての圧力制御部材２４を有している。
上型２１は略円柱形状をなし、下型２２との対向側の先端に半球状の成形面２１ａと、その外周側に平坦面２１ｂを有している。
The mold set 16 includes an upper mold 21, a lower mold 22, and a pressure control member 24 as a protrusion preventing means.
The upper die 21 has a substantially cylindrical shape, and has a hemispherical molding surface 21a at the tip opposite to the lower die 22 and a flat surface 21b on the outer peripheral side thereof.
下型２２は、中央上部に大径の筒状孔２２１が形成されたスリーブ部２３と、その下部に同軸状に形成された小径の有底の孔２２２とを有している。この有底の孔２２２の底部には凹状の成形面２２ａが形成され、この孔２２２の周囲壁も成形面として形成されている。また、大径の筒状孔２２１と有底の孔２２２とは、平坦な段差面２２ｂを介して連接されている。 Lower mold 22 includes a sleeve portion 23 the cylindrical bore 22 1 of the large diameter is formed at the top center, and a bottomed bore 22 2 of a small diameter formed coaxially thereunder. This is the bottom of the hole 22 2 of a bottomed concave molding surface 22a is formed, is formed as a molded surface is also the peripheral wall of the hole 22 2. Further, the cylindrical bore 22 1 and the bottomed hole 22 2 of larger diameter, is connected via a flat stepped surface 22b.
上型２１は、その成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとが対向するようにスリーブ部２３に摺動自在に嵌挿されている。上型２１とスリーブ部２３との間には、所定のクリアランスが形成されている。このクリアランスに圧力制御部材２４が挿入されている。 The upper mold 21 is slidably fitted into the sleeve portion 23 so that the molding surface 21a thereof and the molding surface 22a of the lower mold 22 face each other. A predetermined clearance is formed between the upper mold 21 and the sleeve portion 23. A pressure control member 24 is inserted into this clearance.
また、上型２１が下型２２に接近移動して、上型２１の平坦面２１ｂが下型２２の段差面２２ｂに当接した状態での熱間時のキャビティ形状が、熱間時の所望の光学素子形状となるように設計されている。すなわち、上型２１及び下型２２と成形素材３０の熱膨張及び熱収縮を見込んで設計されている。 Also, the hot cavity shape when the upper die 21 is moved closer to the lower die 22 and the flat surface 21b of the upper die 21 is in contact with the stepped surface 22b of the lower die 22 is desired when hot. It is designed to have an optical element shape of That is, the upper mold 21 and the lower mold 22 and the molding material 30 are designed in consideration of thermal expansion and thermal contraction.
圧力制御部材２４は薄肉のリング状をなしている。前述したように、この圧力制御部材２４は上型２１とスリーブ部２３との間のクリアランスに挿入される。図２では、圧力制御部材２４の下端面は下型２２の段差面２２ｂに当接している。また、圧力制御部材２４の下端部には、その内周側が抉られてガス受け面２４ａが形成されている。さらに、圧力制御部材２４と型摺動部との間にはグリース２８が塗布され、このグリース２８によりプレスに伴う摺動を良くしている。 The pressure control member 24 has a thin ring shape. As described above, the pressure control member 24 is inserted into the clearance between the upper mold 21 and the sleeve portion 23. In FIG. 2, the lower end surface of the pressure control member 24 is in contact with the step surface 22 b of the lower mold 22. Further, a gas receiving surface 24 a is formed at the lower end portion of the pressure control member 24 by rolling the inner peripheral side thereof. Further, grease 28 is applied between the pressure control member 24 and the mold sliding portion, and this grease 28 improves the sliding accompanying the press.
こうして、上型２１の成形面２１ａ及び平坦面２１ｂと、下型２２の成形面２２ａ、孔２２２の周囲壁によりキャビティ２５が形成されている。キャビティ２５の周囲には、これに連通する空間２６が形成されている。圧力制御部材２４に塗布したグリース２８は、空間２６の気密性を高める役目をなす。 Thus, a molding surface 21a and the flat surface 21b of the upper mold 21, the molding surface 22a of the lower die 22, the peripheral wall of the hole 22 second cavity 25 is formed. A space 26 communicating with the cavity 25 is formed around the cavity 25. The grease 28 applied to the pressure control member 24 serves to increase the airtightness of the space 26.
なお、上型２１及び下型２２は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研磨して仕上げられている。圧力制御部材２４の材質は、特にこだわらないが、例えばＳＵＳ（ステンレススチール）のように耐食性に優れたものが望ましい。また、成形素材３０は、市販の光学ガラスが用いられている。 The upper mold 21 and the lower mold 22 are finished by polishing a cemented carbide such as tungsten carbide (WC). The material of the pressure control member 24 is not particularly limited, but a material having excellent corrosion resistance such as SUS (stainless steel) is desirable. The molding material 30 is made of commercially available optical glass.
型セット１６を組み立てるには、下型２２の凹状の成形面２２ａに成形素材３０を配置し、スリーブ部２３の内周に圧力制御部材２４を挿入した状態で、上方から上型２１を挿入する。なお、この場合、例えば上型２１をスリーブ部２３に挿入した後に、上型２１とスリーブ部２３とのクリアランスに圧力制御部材２４を挿入してもよい。 To assemble the mold set 16, the molding material 30 is disposed on the concave molding surface 22 a of the lower mold 22, and the upper mold 21 is inserted from above with the pressure control member 24 inserted into the inner periphery of the sleeve portion 23. . In this case, for example, the pressure control member 24 may be inserted into the clearance between the upper die 21 and the sleeve portion 23 after the upper die 21 is inserted into the sleeve portion 23.
また、圧力制御部材２４は型セット１６内を窒素パージした後に挿入するのが好ましい。ただし、酸化耐性を持つ金型を使用する成形、或いは成形後に研磨する目的の成形においては、必ずしもその必要はない。 The pressure control member 24 is preferably inserted after purging the mold set 16 with nitrogen. However, this is not always necessary in molding using a mold having oxidation resistance or molding for the purpose of polishing after molding.
また、クリアランスに圧力制御部材２４が挿入されることで、窒素やエアーなどのガスが逃げないような空間２６が形成される。
次いで、組み立てた型セット１６を図１に示した成形室２のプレスステージ３に搬入する。
Further, by inserting the pressure control member 24 into the clearance, a space 26 is formed so that a gas such as nitrogen or air does not escape.
Next, the assembled die set 16 is carried into the press stage 3 of the molding chamber 2 shown in FIG.
このプレスステージ３では、上・下カートリッジヒータ１３、１５により型セット１６を加熱するとともに、成形素材３０が変形に十分な加熱温度になった後、メインシリンダ１８により上型２１に荷重を加えて成形素材３０を変形させる。 In this press stage 3, the mold set 16 is heated by the upper and lower cartridge heaters 13 and 15, and after the molding material 30 reaches a heating temperature sufficient for deformation, a load is applied to the upper mold 21 by the main cylinder 18. The molding material 30 is deformed.
この場合、サブシリンダ１９により圧力制御部材２４に加える荷重は上型２１に加える荷重よりも小さくする。成形素材３０が変形し、上型２１及び下型２２の型間距離が小さくなると、空間２６内の圧力が上昇する。このとき、圧力制御部材２４が持ち上がり空間２６の内圧は一定に保たれる。なお、例えば、空間２６の内圧が一定に保たれるように圧力制御部材２４に加える荷重を調整するようにしてもよい。 In this case, the load applied to the pressure control member 24 by the sub cylinder 19 is made smaller than the load applied to the upper mold 21. When the molding material 30 is deformed and the distance between the upper die 21 and the lower die 22 is reduced, the pressure in the space 26 increases. At this time, the pressure control member 24 is raised and the internal pressure of the space 26 is kept constant. For example, the load applied to the pressure control member 24 may be adjusted so that the internal pressure of the space 26 is kept constant.
本実施形態では、上型２１によるプレス時に、軟化した成形素材３０が型間のクリアランスに侵入する前の段階で圧力制御部材２４に荷重を加える。こうして、空間２６の内圧を上昇させ、成形素材３０が空間２６（上型２１とスリーブ部２３との間のクリアランス含む）に侵入するのを防止するものである。 In the present embodiment, when the upper mold 21 is pressed, a load is applied to the pressure control member 24 before the softened molding material 30 enters the clearance between the molds. Thus, the internal pressure of the space 26 is increased to prevent the molding material 30 from entering the space 26 (including the clearance between the upper mold 21 and the sleeve portion 23).
なお、圧力制御部材２４に荷重を加えることは、同時に、上型２１のプレス時の抵抗となるが、メインシリンダ１８による上型２１への荷重を増加させることで上型２１と下型２２とを接近させる。これにより、上型２１及び下型２２の型間距離が小さくなっても、軟化した成形素材３０が空間２６に侵入することはない。 Note that applying a load to the pressure control member 24 simultaneously causes resistance when the upper die 21 is pressed, but increasing the load on the upper die 21 by the main cylinder 18 increases the upper die 21 and the lower die 22. Approach. Thereby, even if the distance between the molds of the upper mold 21 and the lower mold 22 is reduced, the softened molding material 30 does not enter the space 26.
こうして、上型２１に所定荷重を加えつづけ、上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとが接触したところで、プレスを終了する。この後、型セット１６を冷却ステージ４に搬送する。この冷却ステージ４では、成形素材３０が冷えて収縮し、面精度が劣化することを防止するため、成形素材３０に確実に転写されるまで所定の温度で上型２１への荷重を加え続ける。このときの所定の温度は、成形時温度よりも低くかつ成形素材３０が変形しうる温度である。 In this way, a predetermined load is continuously applied to the upper die 21, and the press is finished when the flat surface 21b of the upper die 21 and the step surface 22b of the lower die 22 come into contact with each other. Thereafter, the mold set 16 is transported to the cooling stage 4. In the cooling stage 4, a load is continuously applied to the upper die 21 at a predetermined temperature until the molding material 30 is cooled and contracted to prevent the surface accuracy from being deteriorated until the molding material 30 is reliably transferred to the molding material 30. The predetermined temperature at this time is lower than the molding temperature and is a temperature at which the molding material 30 can be deformed.
型セット１６が常温になったら、型セット１６を成形室２から取り出し分解し成形品が得られる。
［第１の実施の形態］
次に、図３Ａ〜図３Ｅに基づき、第１の実施の形態の光学素子の製造工程について説明する。本実施形態では、球状の成形素材３０から凹メニスカスレンズを成形する場合を例とする。
When the mold set 16 reaches room temperature, the mold set 16 is taken out from the molding chamber 2 and disassembled to obtain a molded product.
[First Embodiment]
Next, a manufacturing process of the optical element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3E. In this embodiment, a case where a concave meniscus lens is molded from a spherical molding material 30 is taken as an example.
図３Ａ〜図３Ｅは、型セット１６が成形室２内に搬入された後の状態を示している。また、本実施形態では、下型２２のスリーブ部２３に、プレス方向（上下方向）と交差する方向にガス放出孔２７が設けられている。 3A to 3E show a state after the mold set 16 is carried into the molding chamber 2. In the present embodiment, the gas discharge hole 27 is provided in the sleeve portion 23 of the lower mold 22 in a direction intersecting with the pressing direction (vertical direction).
図３Ａにおいて、上型２１は、上型２１の自重及び外気圧と型内の所定の空間２６（上型２１、圧力制御部材２４、下型２２等で囲まれた領域）の内圧とがつれあう高さで静止している。 In FIG. 3A, the upper mold 21 is connected with its own weight and external air pressure of the upper mold 21 and the internal pressure of a predetermined space 26 in the mold (a region surrounded by the upper mold 21, the pressure control member 24, the lower mold 22, and the like). It is stationary at a matching height.
例えば、上型２１の外径（≒圧力制御部材２４の内径）がφ６．５ｍｍ、上型２１の重量が０．０５ｋｇ、外気圧が１ｋｇ／ｃｍ２のとき、上型２１の荷重０．０５ｋｇｆと外気圧が、空間２６のガスに与える圧力は、１．１５ｋｇｆ／ｃｍ２である。このため、上型２１は、空間２６の内圧が１．１５ｋｇｆ／ｃｍ２になる深さで静止する。 For example, when the outer diameter of the upper mold 21 (≈the inner diameter of the pressure control member 24) is 6.5 mm, the weight of the upper mold 21 is 0.05 kg, and the external air pressure is 1 kg / cm 2 , the load of the upper mold 21 is 0.05 kgf. The pressure applied to the gas in the space 26 by the external air pressure is 1.15 kgf / cm 2 . For this reason, the upper mold | type 21 stops at the depth from which the internal pressure of the space 26 will be 1.15 kgf / cm < 2 >.
ガス圧縮によるガス温度上昇を無視できるとすると、ボイルシャルルの法則に従い、空間２６（キャビティ２５を含む）の体積が、上型２１の挿入時点から１．１５分の１になる深さ（図の寸法Ａ）である。 If the increase in gas temperature due to gas compression is negligible, the depth of the space 26 (including the cavity 25) is 1.15 times lower than the insertion point of the upper die 21 according to Boyle's law (shown in the figure). Dimension A).
次に、図３Ｂに示すように、成形可能な温度以上に成形素材３０を加熱する。
加熱温度が約６００℃（＝９００Ｋ）まで上昇したとすると、ボイルシャルルの法則に従うと、空間２６の内圧と体積の積は、常温時（２７℃＝３００Ｋ）の３倍となる。
Next, as shown in FIG. 3B, the molding material 30 is heated to a temperature above which molding is possible.
Assuming that the heating temperature rises to about 600 ° C. (= 900 K), the product of the internal pressure and volume of the space 26 is three times that at normal temperature (27 ° C. = 300 K) according to Boyle Charles' law.
圧力制御部材２４の下部には、空間２６の内圧によって軸方向（プレス方向）に浮き上がる力が働くようにガス受け面２４ａが形成されている。このため、上型２１及び圧力制御部材２４が内圧で飛ばされないように、メインシリンダ１８とサブシリンダ１９に十分な荷重を加え続ける。 A gas receiving surface 24 a is formed at the lower portion of the pressure control member 24 so that a force that lifts in the axial direction (press direction) due to the internal pressure of the space 26 acts. Therefore, a sufficient load is continuously applied to the main cylinder 18 and the sub cylinder 19 so that the upper die 21 and the pressure control member 24 are not blown by the internal pressure.
その後、サブシリンダ１９の荷重をゆっくりと低くしていき、圧力制御部材２４を、ガス受け面２４ａに加わる内圧を利用して持ち上げる。圧力制御部材２４が、下型２２に形成されたガス放出孔２７よりも高い位置まで持ち上がると、高まった内圧がガス放出孔２７から抜け出る。これにより、成形素材３０を変形する際の上型２１に加わる内圧の抵抗がなくなる。 Thereafter, the load on the sub-cylinder 19 is slowly lowered, and the pressure control member 24 is lifted using the internal pressure applied to the gas receiving surface 24a. When the pressure control member 24 is lifted to a position higher than the gas discharge hole 27 formed in the lower mold 22, the increased internal pressure escapes from the gas discharge hole 27. Thereby, the resistance of the internal pressure applied to the upper mold 21 when the molding material 30 is deformed is eliminated.
このため、成形に必要なメインシリンダ１８の荷重を大きくせずに済む。また、高まった内圧がガス放出孔２３から抜け出ると、圧力制御部材２４を持ち上げる力はなくなる。このため、圧力制御部材２４は自重により下降し、再びガス放出孔２７を塞ぐ。 For this reason, it is not necessary to increase the load of the main cylinder 18 required for molding. Further, when the increased internal pressure escapes from the gas discharge hole 23, the force for lifting the pressure control member 24 is lost. For this reason, the pressure control member 24 descends due to its own weight and closes the gas discharge hole 27 again.
次に、図３Ｃに示すように、メインシリンダ１８により上型２１を３０ｋｇｆ程度の荷重によりプレスすることで成形素材３０の変形が始まる。このとき、上型２１が下降し、空間２６の容積が減少すると、内圧が上昇するが、圧力制御部材２４がガス放出孔２７の位置よりも上に再び持ち上がれば、内圧は上昇せずに済む。従って、成形素材３０を変形する際に上型２１に内圧の抵抗は加わらない。 Next, as shown in FIG. 3C, the deformation of the molding material 30 is started by pressing the upper die 21 with a load of about 30 kgf by the main cylinder 18. At this time, when the upper die 21 is lowered and the volume of the space 26 is reduced, the internal pressure increases. However, if the pressure control member 24 is lifted again above the position of the gas discharge hole 27, the internal pressure does not increase. That's it. Therefore, when the molding material 30 is deformed, resistance of the internal pressure is not applied to the upper mold 21.
この場合、サブシリンダ１９の荷重は、圧力制御部材２４が内圧によって飛び出さない程度の低荷重に設定しておく。これにより、圧力制御部材２４を、ガス受け面２４ａに加わる内圧を利用してガス放出孔２７よりも高い位置まで持ち上がるようにする。また、圧力制御部材２４がガス放出孔２７よりも高い位置に持ち上がらない場合でも、空間２６の容積は大きくなるため減圧効果となる。これにより、成形素材３０を変形させる際の上型２１に加わる内圧の抵抗を弱めることができる。以下、圧力制御部材２４がガス放出孔２７の位置よりも上に再び持ち上がり、高まった内圧がガス放出孔２７から抜け、内圧と外圧が等しくなっているとする。 In this case, the load of the sub cylinder 19 is set to a low load that does not cause the pressure control member 24 to jump out due to the internal pressure. As a result, the pressure control member 24 is lifted to a position higher than the gas discharge hole 27 using the internal pressure applied to the gas receiving surface 24a. Even when the pressure control member 24 is not lifted to a position higher than the gas discharge hole 27, the volume of the space 26 is increased, so that a pressure reducing effect is obtained. Thereby, the resistance of the internal pressure applied to the upper mold | type 21 at the time of deforming the shaping | molding raw material 30 can be weakened. Hereinafter, it is assumed that the pressure control member 24 is lifted again above the position of the gas discharge hole 27 and the increased internal pressure is released from the gas discharge hole 27 so that the internal pressure and the external pressure are equal.
次に、図３Ｅに示すように（図３Ｄは後述する）、キャビティ２５の大部分に成形素材３０が充填されている状態において、メインシリンダ１８が上型２１にかける荷重を９．９５ｋｇｆに切り替える。このとき成形素材３０にはφ６の面積（２８．３ｍｍ２）にメインシリンダ１８及び上型２１の荷重０．０５ｋｇｆが加わっており、成形素材３０に加わる圧力は３５ｋｇｆ／ｃｍ２となる。 Next, as shown in FIG. 3E (FIG. 3D will be described later), the load applied to the upper die 21 by the main cylinder 18 is switched to 9.95 kgf in a state where most of the cavity 25 is filled with the molding material 30. . At this time, a load of 0.05 kgf of the main cylinder 18 and the upper die 21 is applied to the molding material 30 in an area of φ6 (28.3 mm 2 ), and the pressure applied to the molding material 30 is 35 kgf / cm 2 .
成形素材３０の圧縮量を無視すると、パスカルの原理に従い、成形素材３０の内圧も３５ｋｇｆ／ｃｍ２となる。
従って、所望の成形品形状の領域（キャビティ２５）の外に成形素材３０が侵入しかける段階で、空間２６の内圧を３５ｋｇｆ／ｃｍ２以上に加圧すれば、成形素材３０の侵入の抵抗となり得る。
If the compression amount of the molding material 30 is ignored, the internal pressure of the molding material 30 is also 35 kgf / cm 2 in accordance with Pascal's principle.
Accordingly, if the internal pressure of the space 26 is increased to 35 kgf / cm 2 or more at the stage where the molding material 30 enters the area (cavity 25) of the desired molded product shape, it can be a resistance to the penetration of the molding material 30. .
また、軟化した成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入するタイミングでは、サブシリンダ１９に荷重を加え、圧力制御部材２４の高さを低くし、圧力制御部材２４の内圧を増加する。なお、ガス放出孔２７からガスが抜けている場合、空間２６の圧力は外気圧と同じ１ｋｇｆ／ｃｍ２になっている。 Further, at the timing when the softened molding material 30 enters the inter-mold clearance (space 26), a load is applied to the sub cylinder 19 to reduce the height of the pressure control member 24 and increase the internal pressure of the pressure control member 24. In addition, when gas has escaped from the gas discharge hole 27, the pressure in the space 26 is 1 kgf / cm 2 which is the same as the external pressure.
ボイルシャルルの法則により、空間２６の容積を圧力制御部材２４の高さを低くする前と比べ、１／３５以下にする必要がある。ただし、これは容積圧縮によって発生した熱が、外部へ流れ、温度は一定になっていると考えた場合の計算である。 According to Boyle Charles' law, the volume of the space 26 needs to be 1/35 or less compared to before the pressure control member 24 is lowered. However, this calculation is based on the assumption that the heat generated by volume compression flows to the outside and the temperature is constant.
ここで、軟化した成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入するタイミング直前の段階で、圧力制御部材２４が図３Ｃの寸法Ｂの高さにあったとする。すると、成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入するタイミングで、寸法Ｂの高さの１／３５以下まで降下するようにサブシリンダ１９の荷重を加える（図３Ｅの寸法Ｃ）。圧力制御部材２４の内径がφ６．５、外径がφ７．５の場合、圧力制御部材２４に加える荷重は４ｋｇｆ以上必要となる。 Here, it is assumed that the pressure control member 24 is at the height of the dimension B in FIG. 3C immediately before the timing at which the softened molding material 30 enters the inter-mold clearance (space 26). Then, at the timing when the molding material 30 enters the inter-mold clearance (space 26), the load of the sub cylinder 19 is applied so as to drop to 1/35 or less of the height of the dimension B (dimension C in FIG. 3E). When the inner diameter of the pressure control member 24 is φ6.5 and the outer diameter is φ7.5, the load applied to the pressure control member 24 is 4 kgf or more.
また、ガス放出穴２７から高まった内圧が抜けきれず、空間２６の内圧が１ｋｇｆ／ｃｍ２以上に上がっている場合、例えば２ｋｇｆ／ｃｍ２に上がっている場合は、空間２６の容積を圧力制御部材２４の高さを低くする前と比べ、１／１８以下にする必要がある。ただし、これは容積圧縮によって発生した熱が、外部へ流れ、温度は一定になっていると考えた場合の計算である。 Further, when the internal pressure increased from the gas discharge hole 27 cannot be completely removed and the internal pressure of the space 26 is increased to 1 kgf / cm 2 or more, for example, 2 kgf / cm 2 , the volume of the space 26 is controlled by pressure. Compared to before the height of the member 24 is lowered, it is necessary to make it 1/18 or less. However, this calculation is based on the assumption that the heat generated by volume compression flows to the outside and the temperature is constant.
例えば、軟化した成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入するタイミング直前の段階で、圧力制御部材２４が図３Ｄの寸法Ｂ’の高さにあったとする。すると、軟化した成形素材３０が型間クリアランスに侵入するタイミングで、寸法Ｂ’の高さの１／１８以下まで降下するようにサブシリンダ１９の荷重を加える（図３Ｅの寸法Ｃ）。 For example, it is assumed that the pressure control member 24 is at the height of the dimension B ′ in FIG. 3D just before the timing when the softened molding material 30 enters the inter-mold clearance (space 26). Then, when the softened molding material 30 enters the inter-mold clearance, the load of the sub cylinder 19 is applied so as to drop to 1/18 or less of the height of the dimension B ′ (dimension C in FIG. 3E).
次に、図３Ｆに示すように、軟化した成形素材３０が型間クリアランス（空間２６）に侵入する抵抗力を空間２６の内圧で与えながら、上型２１を下降する。このとき、サブシリンダ１９の荷重を下げ、圧力制御部材２４を内圧によって持ち上げ、内圧を下げて上型２１の下降の抵抗を減らす。このように、サブシリンダ１９の荷重を下げながら、メインシリンダ１８の荷重を上げて上型２１を最後まで押し切る。 Next, as shown in FIG. 3F, the upper mold 21 is lowered while applying a resistance force that the softened molding material 30 enters the inter-mold clearance (space 26) with the internal pressure of the space 26. At this time, the load of the sub cylinder 19 is lowered, the pressure control member 24 is lifted by the internal pressure, and the internal pressure is lowered to reduce the lowering resistance of the upper die 21. In this way, while lowering the load on the sub cylinder 19, the load on the main cylinder 18 is increased and the upper die 21 is pushed all the way to the end.
以上説明したように、圧力制御部材２４を、成形素材３０が変形しキャビティ２５の周囲の空間２６に流動する前の段階で空間２６の内圧を上昇させるように制御するので、軟化した成形素材３０が空間２６にはみ出すのを防止することができる。 As described above, since the pressure control member 24 is controlled to increase the internal pressure of the space 26 before the molding material 30 is deformed and flows into the space 26 around the cavity 25, the softened molding material 30 is controlled. Can be prevented from protruding into the space 26.
すなわち、本実施形態によれば、成形素材３０を加熱しているときに、軟化した成形素材３０のキャビティ２５の周囲の空間２６へのはみ出しを圧力制御部材２４によって抑制することで、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を製造することができる。 That is, according to the present embodiment, when the molding material 30 is heated, the pressure control member 24 prevents the softened molding material 30 from protruding into the space 26 around the cavity 25, thereby causing burrs and cracks. A high-precision optical element can be manufactured with a fast tact time without generating defects such as cans.
本実施形態によれば、低い温度に制御してプレスするよりも速いタクトタイムで光学素子を得ることができる。この点は、特に大きな体積の成形素材３０を用いた場合に顕著である。
［第２の実施の形態］
図４Ａ〜図４Ｄは、第２の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。
According to the present embodiment, an optical element can be obtained with a faster tact time than pressing by controlling to a low temperature. This point is remarkable when the molding material 30 having a particularly large volume is used.
[Second Embodiment]
4A to 4D are diagrams illustrating manufacturing steps of the optical element according to the second embodiment.
本実施形態では、球状の成形素材３０から凹メニスカスレンズを成形する場合を例として説明する。また、以下の各実施形態では、第１の実施の形態におけるガス放出孔２７を設けない場合について説明する。この場合は、真空状態で成形することが望ましい。そのとき、型組み時は、型内を真空引きした後に圧力制御部材２４をスリーブ部２３に挿入し、成形室２内を真空引きしておく必要がある。 In the present embodiment, a case where a concave meniscus lens is molded from a spherical molding material 30 will be described as an example. Further, in each of the following embodiments, a case where the gas discharge hole 27 in the first embodiment is not provided will be described. In this case, it is desirable to mold in a vacuum state. At that time, when assembling the mold, it is necessary to evacuate the mold chamber 2 after inserting the pressure control member 24 into the sleeve portion 23 after evacuating the mold interior.
図４Ａに示すように、成形室２内において球状の成形素材３０を所定の高温状態にまで加熱する。このとき、圧力制御部材２４の下端面は下型２２の段差面２２ｂに当接している。 As shown in FIG. 4A, the spherical molding material 30 is heated to a predetermined high temperature in the molding chamber 2. At this time, the lower end surface of the pressure control member 24 is in contact with the step surface 22 b of the lower mold 22.
次いで、図４Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１による成形素材３０のプレスを開始し、変形させる。このとき、上型２１が下降した分だけ圧力制御部材２４が図の上方に持ち上がり、型セット１６内の圧力は一定に保たれる。 Next, as shown in FIG. 4B, pressing of the molding material 30 by the upper die 21 is started by the main cylinder 18 and deformed. At this time, the pressure control member 24 is lifted upward in the drawing by the amount that the upper mold 21 is lowered, and the pressure in the mold set 16 is kept constant.
次いで、図４Ｃに示すように、成形素材３０が変形してその一部が型間のクリアランス（空間２６）に浸入する際に、サブシリンダ１９により圧力制御部材２４を加圧する。このとき、クリアランス（空間２６）内の圧力は高まり、軟化した成形素材３０のクリアランス（空間２６）内への侵入が防止される。この際も、メインシリンダ１８の荷重を増加させ、上型２１を下降し続ける。 Next, as shown in FIG. 4C, when the molding material 30 is deformed and a part thereof enters the clearance (space 26) between the molds, the pressure control member 24 is pressurized by the sub cylinder 19. At this time, the pressure in the clearance (space 26) increases, and the softened molding material 30 is prevented from entering the clearance (space 26). Also at this time, the load of the main cylinder 18 is increased and the upper die 21 is continuously lowered.
次に、図４Ｄに示すように、クリアランス（空間２６）内の圧力は上型２１の抵抗ともなるため、適時、サブシリンダ１９の荷重を減少させて圧力制御部材２４の高さを高くする。このとき、圧力制御部材２４の高さを上げすぎて、クリアランス（空間２６）内に、軟化した成形素材３０が侵入しないように、メインシリンダ１８とサブシリンダ１９の荷重のバランスをとる。 Next, as shown in FIG. 4D, since the pressure in the clearance (space 26) also serves as the resistance of the upper die 21, the load of the sub cylinder 19 is reduced and the height of the pressure control member 24 is increased as appropriate. At this time, the load of the main cylinder 18 and the sub cylinder 19 is balanced so that the height of the pressure control member 24 is raised too much and the softened molding material 30 does not enter the clearance (space 26).
こうして、成形素材３０がクリアランス（空間２６）に侵入しないようにして、上型２１を下型２２に当接するまで下降させる。
本実施形態によれば、第１の実施の形態と同様に、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を成形することができる。
［変形例１］
図５Ａ〜図５Ｄは、第２の実施の形態の変形例１を示す図である。なお、第２の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
Thus, the upper die 21 is lowered until it contacts the lower die 22 so that the molding material 30 does not enter the clearance (space 26).
According to the present embodiment, as in the first embodiment, a highly accurate optical element can be molded with a fast tact time without generating defects such as burrs, cracks, and cans.
[Modification 1]
5A to 5D are diagrams showing a first modification of the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member which is the same as that of 2nd Embodiment, or corresponds.
本実施形態では、立方体形状の成形素材３０をボール形状に成形する場合を示す。
本実施形態において、上型２１は半球状の凹状の成形面２１ａと、その周囲の平坦面２１ｂとを有している。また、下型２２も略半球状の凹状の成形面２２ａと、その周囲の段差面２２ｂとを有している。これらの上型２１の成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとでボール形状のキャビティ２５が形成される。
In this embodiment, the case where the cube-shaped molding material 30 is molded into a ball shape is shown.
In the present embodiment, the upper die 21 has a hemispherical concave molding surface 21a and a flat surface 21b around it. The lower mold 22 also has a substantially hemispherical concave molding surface 22a and a surrounding step surface 22b. A ball-shaped cavity 25 is formed by the molding surface 21 a of the upper mold 21 and the molding surface 22 a of the lower mold 22.
図５Ａに示すように、立方体形状の成形素材３０を所定の高温状態にまで加熱する。このとき、圧力制御部材２４の下端面は下型２２の段差面２２ｂに当接している。
次いで、図５Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１をプレスし、成形素材３０を変形させる。このとき、上型２１が下降した分だけ圧力制御部材２４が持ち上がり、キャビティ２５の周囲の空間２６の圧力は保たれる。
As shown in FIG. 5A, the cube-shaped molding material 30 is heated to a predetermined high temperature state. At this time, the lower end surface of the pressure control member 24 is in contact with the step surface 22 b of the lower mold 22.
Next, as shown in FIG. 5B, the upper die 21 is pressed by the main cylinder 18 to deform the molding material 30. At this time, the pressure control member 24 is lifted as much as the upper die 21 is lowered, and the pressure in the space 26 around the cavity 25 is maintained.
次いで、図５Ｃに示すように、成形素材３０が変形してその一部が空間２６（型間のクリアランス）に達する際に、サブシリンダ１９により圧力制御部材２４を加圧する。このとき、空間２６（クリアランス）内の圧力は高まり、軟化した成形素材３０の空間２６（クリアランス）内への侵入が防止される。この際も、メインシリンダ１８の荷重を増加させ、上型２１の下降を続行する。 Next, as shown in FIG. 5C, when the molding material 30 is deformed and a part thereof reaches the space 26 (clearance between the molds), the pressure control member 24 is pressurized by the sub cylinder 19. At this time, the pressure in the space 26 (clearance) increases, and the softened molding material 30 is prevented from entering the space 26 (clearance). Also at this time, the load of the main cylinder 18 is increased and the lowering of the upper die 21 is continued.
次に、図５Ｄに示すように、空間２６（クリアランス）内の圧力は上型２１の抵抗ともなるため、適時、サブシリンダ１９の荷重を減少させて圧力制御部材２４の高さを高くする。圧力制御部材２４の高さを高くしすぎて、空間２６（クリアランス）内に軟化した成形素材３０が侵入しないように、メインシリンダ１８とサブシリンダ１９の荷重のバランスをとる。 Next, as shown in FIG. 5D, since the pressure in the space 26 (clearance) also serves as the resistance of the upper die 21, the load of the sub cylinder 19 is reduced to increase the height of the pressure control member 24 at an appropriate time. The load of the main cylinder 18 and the sub cylinder 19 is balanced so that the height of the pressure control member 24 is set too high so that the softened molding material 30 does not enter the space 26 (clearance).
このようにして、成形素材３０が空間２６（クリアランス）に侵入しないように上型２１を下型２２に当接するまで下降させる。
本実施形態によれば、立方体形状の成形素材３０を用いて、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムでボール形状を成形することができる。
［変形例２］
図６Ａ及び図６Ｂは、第２の実施の形態の変形例２を示す図である。なお、第２の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
In this way, the upper die 21 is lowered until it contacts the lower die 22 so that the molding material 30 does not enter the space 26 (clearance).
According to the present embodiment, it is possible to form a ball shape with a fast tact time without generating defects such as burrs, cracks and cans using the cubic shaped forming material 30.
[Modification 2]
6A and 6B are diagrams illustrating a second modification of the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member which is the same as that of 2nd Embodiment, or corresponds.
本実施形態では、メインシリンダ１８が下降したとき、サブシリンダ１９により圧力制御部材２４を上方（反プレス方向）に強制的に持ち上げるようにした。これは、メインシリンダ１８が下降したとき、圧力制御部材２４がスリーブ部２３との抵抗等の原因により持ち上がらない場合が考えられるからである。このとき圧力制御部材２４は、サブシリンダ１９により持ち上げ可能なため、ガス受け面２４aは必要ない。 In this embodiment, when the main cylinder 18 descends, the sub-cylinder 19 forcibly lifts the pressure control member 24 upward (counter-pressing direction). This is because when the main cylinder 18 is lowered, the pressure control member 24 may not be lifted due to resistance with the sleeve portion 23 or the like. At this time, since the pressure control member 24 can be lifted by the sub cylinder 19, the gas receiving surface 24a is not necessary.
図６Ａに示すように、球形状の成形素材３０を所定の高温状態にまで加熱する。このとき、圧力制御部材２４の下端面は下型２２の段差面２２ｂに当接している。
次いで、図６Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１をプレスし、成形素材３０を変形させる。このとき、上型２１が下降した分だけ圧力制御部材２４をサブシリンダ１９で持ち上げ、キャビティ２５の周囲の空間２６の圧力を一定に保つようにする。
As shown in FIG. 6A, the spherical molding material 30 is heated to a predetermined high temperature state. At this time, the lower end surface of the pressure control member 24 is in contact with the step surface 22 b of the lower mold 22.
Next, as shown in FIG. 6B, the upper die 21 is pressed by the main cylinder 18 to deform the molding material 30. At this time, the pressure control member 24 is lifted by the sub-cylinder 19 as much as the upper die 21 is lowered so as to keep the pressure in the space 26 around the cavity 25 constant.
本実施形態によれば、圧力制御部材２４をサブシリンダ１９で強制的に持ち上げるようにしたので、圧力制御部材２４に不用意な摩擦力が作用した場合においても、キャビティ２５の周囲の空間２６の圧力を一定に保つことができる。これにより、速いタクトタイムで所望の光学素子を成形することができる。
［第３の実施の形態］
図７Ａ〜図７Ｄは、第３の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
According to the present embodiment, since the pressure control member 24 is forcibly lifted by the sub-cylinder 19, even when an inadvertent frictional force acts on the pressure control member 24, the space 26 around the cavity 25 The pressure can be kept constant. Thereby, a desired optical element can be molded with a fast tact time.
[Third Embodiment]
7A to 7D are diagrams illustrating manufacturing steps of the optical element according to the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member which is the same as that of 1st Embodiment, or corresponds.
本実施形態では、はみ出し防止手段として離型素材３２を用いた制御により、略球状の成形素材３０から凹メニスカスレンズを成形する場合を例とする。
また、本実施形態では、圧力制御部材２４を用いないためメインシリンダ１８のみでよく、サブシリンダ１９は省略することができる。
In the present embodiment, an example in which a concave meniscus lens is molded from a substantially spherical molding material 30 by control using a release material 32 as a protrusion prevention means is taken as an example.
Further, in this embodiment, since the pressure control member 24 is not used, only the main cylinder 18 is required, and the sub cylinder 19 can be omitted.
図７Ａに示すように、下型２２の段差面２２ｂに、ＢＮ（窒化ホウ素）などの成形素材３０との離型性のよい離型素材３２を載置する。この離型素材３２は固体でも粉体でもよい。 As shown in FIG. 7A, a release material 32 having good releasability from the forming material 30 such as BN (boron nitride) is placed on the step surface 22 b of the lower mold 22. The release material 32 may be solid or powder.
本実施形態では、離型素材３２としてリング状の固体ＢＮを用いている。なお、離型素材３２として固体の素材を用いる場合は、その素材が微細な穴構造を有して通気性がよく、また、成形に必要な荷重を加えると粉砕するものが好ましい。さらに、離型素材３２は、型内でつぶれて圧縮されたとき、プレス完了時の上型２１及び下型２２の接触面の厚みが小さく（例えば５０μｍ）なるような体積・形状のものがよい。また、成形素材３０を加熱し変形に十分な温度とする。 In the present embodiment, ring-shaped solid BN is used as the release material 32. When a solid material is used as the mold release material 32, it is preferable that the material has a fine hole structure and good air permeability and is pulverized when a load necessary for molding is applied. Further, the mold release material 32 may be of a volume and shape so that the thickness of the contact surfaces of the upper die 21 and the lower die 22 when the press is completed becomes small (for example, 50 μm) when crushed and compressed in the die. . Further, the molding material 30 is heated to a temperature sufficient for deformation.
次いで、図７Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１に荷重を加えて成形素材３０をプレス変形させる。上型２１が下型２２に接近移動させると、上型２１は離型素材３２と接触する。これにより、キャビティ２５の周囲に密閉された空間２６が形成される。 Next, as shown in FIG. 7B, a load is applied to the upper die 21 by the main cylinder 18 to press deform the molding material 30. When the upper mold 21 is moved closer to the lower mold 22, the upper mold 21 comes into contact with the release material 32. As a result, a sealed space 26 is formed around the cavity 25.
窒素雰囲気などの非真空状態で成形した場合、図７Ｃに示すように、さらに成形素材３０が変形を続けたとしても、成形素材３０に押しのけられた空間２６内のエアー（ガス）が離型素材３２を通過する。このため、このエアー（ガス）が成形品に空気だまりとして残ることはない。 When the molding is performed in a non-vacuum state such as a nitrogen atmosphere, as shown in FIG. 7C, even if the molding material 30 continues to be deformed, the air (gas) in the space 26 pushed away by the molding material 30 is released from the mold. Pass through 32. For this reason, this air (gas) does not remain as a pool of air in the molded product.
離型素材３２は、上型２１のプレス移動に対しては抵抗部材となるが、離型素材３２が固体の場合には粉砕される。また、離型素材３２が粉体の場合には押しつぶされて圧縮され、プレス方向に薄くなる。 The release material 32 serves as a resistance member against the press movement of the upper die 21, but is pulverized when the release material 32 is solid. When the release material 32 is powder, it is crushed and compressed, and thins in the pressing direction.
次いで、図７Ｄに示すように、上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間の距離は、成形に必要な値にまで小さくすることができる。また、成形素材３０の変形中において、離型素材３２は上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間のクリアランス（空間２６）を塞いでいるため、軟化した成形素材３０はこのクリアランス（空間２６）に侵入することはできない。 Next, as shown in FIG. 7D, the distance between the flat surface 21b of the upper mold 21 and the step surface 22b of the lower mold 22 can be reduced to a value necessary for molding. Further, during the deformation of the molding material 30, the mold release material 32 blocks the clearance (space 26) between the flat surface 21 b of the upper mold 21 and the step surface 22 b of the lower mold 22, and thus the softened molding material 30. Cannot enter this clearance (space 26).
特に、成形素材３０がクリアランス（空間２６）に侵入しうる段階では、離型素材３２は圧縮され、密度が高くなり、適度な強度をもっている。このため、離型素材３２は軟化した成形素材３０の侵入に対して強い抵抗力となる。 In particular, at the stage where the molding material 30 can enter the clearance (space 26), the release material 32 is compressed, the density is increased, and it has an appropriate strength. For this reason, the release material 32 has a strong resistance against the intrusion of the softened molding material 30.
ただし、離型素材３２を配置する位置が上型２１及び下型２２の成形面２１ａ，２２ａに近すぎると、上型２１が下降した際に、離型素材３２が型軸中心側に延びてキャビティ２５内に入り込むおそれがある。このため、離型素材３２の配置位置を慎重に選択する必要がある。 However, if the position where the mold release material 32 is disposed is too close to the molding surfaces 21a and 22a of the upper mold 21 and the lower mold 22, the mold release material 32 extends toward the mold axis when the upper mold 21 is lowered. There is a risk of entering the cavity 25. For this reason, it is necessary to carefully select the arrangement position of the release material 32.
図８は、離型素材３２を下型２２に組み込むときの断面図を示している。なお、下型２２の形状は図７とは若干相違している。
前述したように、離型素材３２は上型２１により潰れて広がるが、その粉末がキャビティ２５内に入らないような位置に置くことが必要である。
FIG. 8 shows a cross-sectional view when the release material 32 is incorporated into the lower mold 22. The shape of the lower mold 22 is slightly different from that in FIG.
As described above, the mold release material 32 is crushed and spread by the upper mold 21, but it is necessary to place the powder 32 in a position where the powder does not enter the cavity 25.
このため、下型２２に組み込み治具３４を挿入する。次に、この組み込み治具３４の内周面に沿って離型素材３２を挿入し段差面２２ｂに正確に載置する。
こうして、軟化した成形素材３０がクリアランス（空間２６）に侵入するタイミングで離型素材３２が成形面２２ａの縁部を塞ぐような位置に、離型素材３２を設置する。
For this reason, the assembling jig 34 is inserted into the lower mold 22. Next, the release material 32 is inserted along the inner peripheral surface of the built-in jig 34 and placed on the stepped surface 22b accurately.
In this way, the mold release material 32 is installed at a position where the mold release material 32 closes the edge of the molding surface 22a when the softened mold material 30 enters the clearance (space 26).
本実施形態によれば、上型２１と下型２２間のクリアランス（空間２６）の入り口部、上型２１又は下型２２とスリーブ３８とのクリアランス（空間２６）の入り口部に、ガラス離型性と通気性を有する離型素材３２で塞ぐこととしたため、成形素材３０の所望の光学素子形状への変形を阻害することなく、軟化した成形素材３０のクリアランス（空間２６）への侵入を防止することができる。 According to this embodiment, the glass mold release is provided at the entrance of the clearance (space 26) between the upper mold 21 and the lower mold 22, and at the entrance of the clearance (space 26) between the upper mold 21 or the lower mold 22 and the sleeve 38. Therefore, the softened molding material 30 is prevented from entering the clearance (space 26) without hindering the deformation of the molding material 30 into a desired optical element shape. can do.
すなわち、本実施形態によれば、下型２２の段差面２２ｂに離型素材３２を配置したことで、圧力制御部材２４のような部材を用いることなく、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで高精度な光学素子を得ることができる。
［変形例］
図９Ａ〜図９Ｄは、第３の実施の形態の変形例を示す図である。なお、第３の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
That is, according to the present embodiment, the mold release material 32 is disposed on the step surface 22b of the lower mold 22, so that defects such as burrs, cracks, and cans are generated without using a member such as the pressure control member 24. A high-precision optical element can be obtained with a fast tact time.
[Modification]
9A to 9D are diagrams illustrating modifications of the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member which is the same as that of 3rd Embodiment, or corresponds.
本実施形態では、立方体形状の成形素材３０をボール形状に成形する場合を示す。なお、離型素材３２として固体ＢＮ（窒化ホウ素）を用いた制御を示す。
本実施形態においても、圧力制御部材２４を用いないため、メインシリンダ１８のみでよくサブシリンダ１９は必要ない。
In this embodiment, the case where the cube-shaped molding material 30 is molded into a ball shape is shown. The control using solid BN (boron nitride) as the release material 32 is shown.
Also in this embodiment, since the pressure control member 24 is not used, only the main cylinder 18 is required, and the sub cylinder 19 is not necessary.
本実施形態では、上型２１は略半球状の凹状の成形面２１ａと、その周囲の平坦面２１ｂとを有している。また、下型２２も略半球状の凹状の成形面２２ａと、その周囲の段差面２２ｂとを有している。これらの上型２１の成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとでボール形状のキャビティ２５が形成される。 In the present embodiment, the upper mold 21 has a substantially hemispherical concave molding surface 21a and a flat surface 21b around it. The lower mold 22 also has a substantially hemispherical concave molding surface 22a and a surrounding step surface 22b. A ball-shaped cavity 25 is formed by the molding surface 21 a of the upper mold 21 and the molding surface 22 a of the lower mold 22.
また、下型２２の段差面２２ｂにリング状の固体ＢＮからなる離型素材３２が配置されている。
図９Ａに示すように、下型２２の段差面２２ｂに、成形素材３０との離型性のよい離型素材３２を載置する。また、離型素材３２は、型内でつぶれて圧縮されたとき、プレス完了時の上下平面間の厚み（例えば５０μｍ）になるような体積・形状のものを用いている。この状態で、成形素材３０を変形に十分な温度になるまで加熱する。
Further, a release material 32 made of a ring-shaped solid BN is disposed on the step surface 22 b of the lower mold 22.
As shown in FIG. 9A, a release material 32 with good releasability from the molding material 30 is placed on the step surface 22 b of the lower mold 22. Further, the mold release material 32 has a volume and shape so that when it is crushed and compressed in the mold, it has a thickness (for example, 50 μm) between the upper and lower planes when the press is completed. In this state, the molding material 30 is heated to a temperature sufficient for deformation.
その後、図９Ｂに示すように、メインシリンダ１８により上型２１に荷重を加え、プレスにより成形素材３０を変形させる。成形素材３０が変形をし続けると、やがて上型２１は離型素材３２と接触する。 Thereafter, as shown in FIG. 9B, a load is applied to the upper die 21 by the main cylinder 18, and the molding material 30 is deformed by pressing. If the molding material 30 continues to deform, the upper mold 21 will eventually come into contact with the release material 32.
この場合、図９Ｃに示すように、さらに変形を続けたとしても、成形素材３０に押しのけられたエアー（ガス）が離型素材３２を通過する。このため、このエアー（ガス）が成形品に空気だまりとして残ることはない。 In this case, as shown in FIG. 9C, even if the deformation continues, the air (gas) pushed away by the molding material 30 passes through the release material 32. For this reason, this air (gas) does not remain as a pool of air in the molded product.
離型素材３２は、上型２１に対しては抵抗部材となるが、離型素材３２が固体の場合には粉砕される。また、離型素材３２が粉体の場合には押しつぶされて圧縮され、プレス方向に薄くなる。 The release material 32 serves as a resistance member for the upper die 21, but is pulverized when the release material 32 is solid. When the release material 32 is powder, it is crushed and compressed, and thins in the pressing direction.
このため、図９Ｄに示すように、上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間の距離を、成形に必要な値まで小さくすることができる。
また、成形素材３０の変形中において、離型素材３２は上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間のクリアランス（空間２６）を塞いでいるため、軟化した成形素材３０がこのクリアランス（空間２６）に侵入することはできない。
For this reason, as shown to FIG. 9D, the distance between the flat surface 21b of the upper mold | type 21 and the level | step difference surface 22b of the lower mold | type 22 can be made small to a value required for shaping | molding.
Further, during the deformation of the molding material 30, the mold release material 32 blocks the clearance (space 26) between the flat surface 21 b of the upper mold 21 and the step surface 22 b of the lower mold 22, and thus the softened molding material 30. Cannot enter this clearance (space 26).
本実施形態によれば、離型素材３２を下型２２の段差面２２ｂに配置したことで、圧力制御部材２４のような部材を用いることなく、立方体形状の成形素材３０を用いて、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで空気だまりのないボール形状を成形することができる。
［第４の実施の形態］
図１０Ａ〜図１０Ｃは、第４の実施の形態の光学素子の製造工程を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
According to the present embodiment, the mold release material 32 is arranged on the step surface 22b of the lower mold 22, so that the burrs, A ball shape free of air accumulation can be formed with a fast tact time without generating defects such as cracks and cans.
[Fourth Embodiment]
10A to 10C are diagrams illustrating manufacturing steps of the optical element according to the fourth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member which is the same as that of 1st Embodiment, or corresponds.
本実施形態では、立方体形状の成形素材３０をボール形状に成形する場合を示す。なお、離型素材３２として固体ＢＮ（窒化ホウ素）を用いた制御を示す。
本実施形態においては、型セット１６は、上型２１、下型２２、及びスリーブ３８を有している。上型２１及び下型２２は円柱状をなしていて、夫々の対向側の端面に半球状の成形面２１ａ，２２ａと、その周囲に平坦面２１ｂ及び段差面２２ｂが形成されている。上型２１及び下型２２は、スリーブ３８の内部で夫々の成形面２１ａ，２２ａが対向するようにスリーブ３８の両端側から嵌挿されている。上型２１はスリーブ３８の軸方向に摺動自在となっている。
In this embodiment, the case where the cube-shaped molding material 30 is molded into a ball shape is shown. The control using solid BN (boron nitride) as the release material 32 is shown.
In the present embodiment, the mold set 16 includes an upper mold 21, a lower mold 22, and a sleeve 38. The upper mold 21 and the lower mold 22 have a columnar shape, and are formed with hemispherical molding surfaces 21a and 22a on the opposing end surfaces, and a flat surface 21b and a stepped surface 22b around them. The upper die 21 and the lower die 22 are fitted and inserted from both ends of the sleeve 38 so that the molding surfaces 21 a and 22 a face each other inside the sleeve 38. The upper die 21 is slidable in the axial direction of the sleeve 38.
そして、上型２１の成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとの間に成形素材３０が配置される。この成形素材３０は略立方体形状をなしている。
図１０Ａに示すように、下型２２の段差面２２ｂに、固体ＢＮなどの成形素材３０との離型性のよい離型素材３２を載置する。本実施形態では、離型素材３２は固体でリング状をなしている。また、離型素材３２は、型内でつぶれて圧縮されたとき、プレス完了時の上下平面間の厚み（例えば５０μｍ）になるような体積・形状のものを用いている。
The molding material 30 is disposed between the molding surface 21 a of the upper mold 21 and the molding surface 22 a of the lower mold 22. The molding material 30 has a substantially cubic shape.
As shown in FIG. 10A, a release material 32 having good releasability from the molding material 30 such as solid BN is placed on the step surface 22 b of the lower mold 22. In the present embodiment, the release material 32 is solid and has a ring shape. Further, the mold release material 32 has a volume and shape so that when it is crushed and compressed in the mold, it has a thickness (for example, 50 μm) between the upper and lower planes when the press is completed.
図１０Ｂに示すように、成形素材３０を加熱し変形に十分な温度とする。その後、メインシリンダ１８により上型２１に荷重を加え、プレスにより成形素材３０を変形させる。成形素材３０が変形をし続けると、上型２１は離型素材３２と接触する。 As shown in FIG. 10B, the molding material 30 is heated to a temperature sufficient for deformation. Thereafter, a load is applied to the upper mold 21 by the main cylinder 18 and the molding material 30 is deformed by pressing. As the molding material 30 continues to deform, the upper mold 21 comes into contact with the release material 32.
この場合、図１０Ｃに示すように、さらに成形素材３０が変形を続けたとしても、成形素材３０に押しのけられたエアー（ガス）は離型素材３２を通過する。このため、このエアー（ガス）が成形品に空気だまりとして残ることはない。 In this case, as shown in FIG. 10C, even if the molding material 30 continues to be deformed, the air (gas) pushed away by the molding material 30 passes through the release material 32. For this reason, this air (gas) does not remain as a pool of air in the molded product.
離型素材３２は、上型２１に対しては抵抗部材となるが、離型素材３２が固体の場合には粉砕され、また、粉体の場合には押しつぶされて圧縮され、プレス方向に薄くなる。
そして、上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間の距離は、成形に必要な値まで小さくすることができる。
The mold release material 32 is a resistance member for the upper mold 21, but when the mold release material 32 is solid, it is crushed, and when it is powder, it is crushed and compressed and thinned in the press direction. Become.
And the distance between the flat surface 21b of the upper mold | type 21 and the level | step difference surface 22b of the lower mold | type 22 can be made small to a value required for shaping | molding.
また、成形素材３０の変形中において、離型素材３２は上型２１の平坦面２１ｂと下型２２の段差面２２ｂとの間のクリアランス（空間２６）を塞いでいるため、軟化した成形素材３０はこのクリアランス（空間２６）に侵入することはできない。 Further, during the deformation of the molding material 30, the mold release material 32 blocks the clearance (space 26) between the flat surface 21 b of the upper mold 21 and the step surface 22 b of the lower mold 22, and thus the softened molding material 30. Cannot enter this clearance (space 26).
本実施形態によれば、離型素材３２を下型２２の段差面２２ｂに配置したことで、圧力制御部材２４のような部材を用いることなく、立方体形状の成形素材３０を用いて、バリ、ワレ、カンなどの欠陥を発生させずに速いタクトタイムで空気だまりのないボール形状を成形することができる。 According to the present embodiment, the mold release material 32 is arranged on the step surface 22b of the lower mold 22, so that the burrs, A ball shape free of air accumulation can be formed with a fast tact time without generating defects such as cracks and cans.
１ 光学素子の製造装置
２ 成形室
３ プレスステージ
４ 冷却ステージ
５ シャッタ
６ シャッタ
７ 気体流入口
８ 気体流出口
９ 基台
１２ 上プレート
１２１ 上メインプレート
１２２ 上サブプレート
１３ 上カートリッジヒータ
１３１ 上メインカートリッジヒータ
１３２ 上サブカートリッジヒータ
１４ 下プレート
１５ 下カートリッジヒータ
１６ 型セット
１８ メインシリンダ
１９ サブシリンダ
２１ 上型
２１ａ 成形面
２１ｂ 平坦面
２２ 下型
２２ａ 成形面
２２ｂ 段差面
２２１ 筒状孔
２２２ 有底孔
２３ スリーブ部
２４ 圧力制御部材
２４ａ ガス受け面
２５ キャビティ
２６ 空間
２７ ガス放出孔
２８ グリース
３０ 成形素材
３２ 離型素材
３４ 組み込み治具
３８ スリーブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element manufacturing apparatus 2 Molding chamber 3 Press stage 4 Cooling stage 5 Shutter 6 Shutter 7 Gas inflow port 8 Gas outflow port 9 Base 12 Upper plate 12 1 Upper main plate 12 2 Upper subplate 13 Upper cartridge heater 13 1 main cartridge heater 13 second upper sub-cartridge heater 14 the lower plate 15 under the cartridge heater 16 type set 18 main cylinder 19 sub cylinder 21 upper mold 21a forming surface 21b flat surface 22 lower mold 22a molding surface 22b stepped surface 22 first cylindrical bore 22 2 Bottomed hole 23 Sleeve portion 24 Pressure control member 24a Gas receiving surface 25 Cavity 26 Space 27 Gas discharge hole 28 Grease 30 Molding material 32 Mold release material 34 Assembly jig 38 Sleeve
Claims (4)
前記成形素材を加熱しているときに、加熱により軟化した前記成形素材のキャビティ周囲の空間へのはみ出しを、はみ出し防止手段によって抑制する
ことを特徴とする光学素子の製造方法。 In the method of manufacturing an optical element in which a molding material is sandwiched between a pair of molds and heated and pressed to mold an optical element.
A method of manufacturing an optical element, characterized in that, when the molding material is heated, the projection material that has been softened by heating is prevented from protruding into the space around the cavity by a projection preventing means.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。 The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the protrusion preventing means raises the internal pressure of the space before the molding material is deformed and flows into the space around the cavity.
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。 The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the protrusion preventing means is a release material that is disposed outside a molding surface that forms the cavity and has air permeability that deforms in the pressing direction.
前記成形素材の加熱時に、加熱により軟化した前記成形素材のキャビティ周囲の空間へのはみ出しを防止するはみ出し防止手段を備えている
ことを特徴とする光学素子の製造装置。 In an optical element manufacturing apparatus that has a pair of molding dies arranged opposite to each other and a molding material sandwiched between the pair of molding dies, and heats and presses the molding material to mold an optical element,
An apparatus for manufacturing an optical element, comprising: a protrusion preventing means for preventing protrusion of the molding material softened by heating into the space around the cavity when the molding material is heated.
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| JP2011162384A (en) * | 2010-02-09 | 2011-08-25 | Olympus Corp | Method for producing optical element, and mold set for molding optical element |
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2008
- 2008-07-25 JP JP2008192409A patent/JP2010030802A/en active Pending
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