JP2011246314A - 液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】複数の光学面が形成された下型と、複数の光学面１１が形成された上型１とで、一塊の被成形材の液滴をプレス成形して複数の光学素子を得る液滴成形用の上型１で、上型１に形成された複数の光学面１１の間に、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が最深部に到達しないような深さを有する逃げ部１３を備えることで、金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型１、光学素子および光学素子の製造方法を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法に関し、特に、一塊の被成形材の液滴をプレス成形して、複数の光学素子を得る液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法に関する。

近年、プレス成形による光学素子の製造が盛んに行われている。特に、携帯電話用カメラの撮影レンズや光ピックアップ用光学素子のような小型の光学素子を大量生産するために、一塊の被成形材をプレス成形して、一度に多数個の光学素子を得るマルチ成形が、樹脂の射出成形などで行われている。

ところが、被成形材の液滴を下型上に滴下してプレス成形する液滴成形の場合、下型への液滴の滴下からプレス成形完了までに、液滴と金型との接触により液滴が冷却されてしまう。特に、転写されて光学素子の光学面となる光学面部が金型に多数配列されたマルチ成形の場合、滴下された液滴は金型中央部が盛り上がった形状となるために、金型中央部の大きな肉厚の液滴を外に押し出さないと成形できないために、その過程で液滴が冷却されて十分に押圧できず、光学素子の心厚が大きくなってしまう不具合が発生する。

例えば特許文献１には、リヒート（再加熱）成形でガラス製レンズアレイを製造する時に、余剰の被成形材をレンズ連結部材や下型に設けられた空隙に流入させることで、十分な押圧力を加えてレンズアレイの成形精度を向上させる方法が提示されている。

特開２００４−１４９３６９号公報

リヒート成形の場合には、金型と被成形材とをほぼ同じ温度あるいは金型の方を高い温度にして成形するので、特許文献１の方法で成形可能である。しかしながら、液滴成形の場合には、一般的に、被成形材の液滴の温度（約８００℃）の方が金型の温度（約４００℃）よりも高いために、特許文献１の方法では液滴と金型との接触により液滴が冷却されてしまい、成形ができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．複数の光学面部が形成された下型と、複数の光学面部が形成された上型とで、前記下型の上に滴下された一塊の被成形材の液滴をプレス成形して、複数の光学素子を得る液滴成形用の上型であって、
複数の前記光学面部の間に余剰の被成形材を逃がすための逃げ部を備え、
前記逃げ部は、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が、前記逃げ部の最深部に到達しないような深さまたは容積を有していることを特徴とする液滴成形用の上型。

２．前記一塊の被成形材の液滴の滴下位置に対向する位置近傍に設けられた前記逃げ部の深さもしくは容積は、前記滴下位置に対向する位置から離れた位置に設けられた前記逃げ部の深さもしくは容積よりも大きいことを特徴とする前記１に記載の液滴成形用の上型。

３．前記逃げ部は、前記下型との対向面に近い側にテーパ部を有し、前記テーパ部は、前記余剰の被成形材が前記逃げ部の最深部に到達しないような深さまたは容積を有していることを特徴とする前記１または２に記載の液滴成形用の上型。

４．複数の光学面部が形成された下型と、前記１から３の何れか１項に記載の上型とを用いて、一塊の被成形材の液滴をプレス成形して得られたことを特徴とする光学素子。

５．複数の光学面部が形成された下型と、前記１から３の何れか１項に記載の上型とを用いて、一塊の被成形材の液滴をプレス成形する成形工程と、
前記成形工程で得られた複数の光学素子を、個々の光学素子に分離する光学素子分離工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。

本発明によれば、複数の光学面部が形成された下型と、複数の光学面部が形成された上型とで、一塊の被成形材の液滴をプレス成形して複数の光学素子を得る液滴成形用の上型で、上型に形成された複数の光学面部の間に、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が最深部に到達しないような深さを有する逃げ部を備えることで、金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を提供することができる。

液滴成形用の上型の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。 上型の第１の実施の形態を用いたプレス成形の工程を示す工程図である。 図２の各工程を示す模式図である。 液滴成形用の上型の第２の実施の形態の構成を示す模式図である。 液滴成形用の上型の第３の実施の形態の構成を示す模式図である。 液滴成形用の上型の第４の実施の形態の構成を示す模式図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略することがある。

最初に、本発明を適用したガラス液滴成形用の上型の第１の実施の形態について、図１を用いて説明する、図１は、液滴成形用の上型の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図１（ａ）は上型の成形面の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

図１において、上型１は、転写されて光学素子の光学面となる複数（ここでは９個）の光学面部１１と、プレス成形時に余剰の被成形材が流入するための逃げ部１３と、下型との対向面１５等とを備えている。逃げ部１３の深さまたは容積は、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が逃げ部１３の最深部に到達しないような大きさに設定されている。逃げ部１３の少なくとも余剰の被成形材が流入する部分の側面は、硬化した余剰の被成形材の離型に必要な抜きテーパと面粗さとを有していることが好ましい。逃げ部１３の底面は、細かい面粗さは必要でない。

上型１および後述する下型２の材質は、高温で被成形材（本実施形態ではガラス）と反応しにくいこと、酸化しにくいこと、良好な鏡面が得られること等、種々の性質が求められる。これらの性質を有する材質として、例えば、各種耐熱合金（ステンレス等）、炭化タングステンを主成分とする超硬合金、炭化物や窒化物等の各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等）、カーボン、あるいはこれらの複合材料等が挙げられる。また、これらの材質の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの薄膜を形成したものを用いることも好ましい。上型１と下型２とは、同じ材質を用いてもよいし、異なる材質を用いてもよい。

また、上型１の複数の光学面部１１および後述する下型２の複数の光学面部２１は、それぞれ１つの部材に形成されたものが相対位置精度の点からより好ましいが、例えば光学面部毎の複数の部材から構成されるものであってもよい。

次に、上型の第１の実施の形態を用いたプレス成形の工程を、図２および図３を用いて説明する。図２は、上型の第１の実施の形態を用いたプレス成形の工程を示す工程図である。また、図３は、図２の各工程を示す模式図である。

工程Ｓ１（成形工程）
光学素子３１を成形する工程で、工程Ｓ１１からＳ１４の各工程で構成される。

工程Ｓ１１（液滴滴下工程）
下型２の上に、一塊の液滴３を滴下する工程である。下型２の上に一塊の液滴３が滴下された状態を図３（ａ）に示す。

図３（ａ）において、下型２は、図示しない上型１の光学面部１１に対向する位置に設けられ、転写されて光学素子３１の光学面となる複数の光学面部２１と、上型との対向面２３等とを備えている。下型２の複数の光学面部２１の上に、図示しない滴下装置により、一塊の被成形材の液滴３が滴下される。上述したように、液滴３は、下型２の中央部に滴下された部分が盛り上がった形状となる。また、滴下された液滴３の温度は約８００℃で、下型２の温度は約４００℃である。

被成形材としては、例えば、ホウケイ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸ガラス、ランタン系ガラス等の公知の光学ガラスや、ポリカーボネート等の公知の光学樹脂等から選択して用いることができる。

工程Ｓ１２（プレス成形工程）
上型１と下型２とで、液滴３をプレス成形する工程である。プレス成形時の状態を図３（ｂ）に示す。

図３（ｂ）において、上型１と下型２とで、滴下された一塊の被成形材の液滴３をプレス成形することで、上型１の光学面部１１と下型２の光学面部２１とに挟まれた領域には光学素子３１が形成され、光学素子３１間の液滴は上型１と下型２とに接触することで急激に冷却されてコバ面３５となり、余剰の被成形材３３は、上型１の逃げ部１３と下型２の対向面２３とに挟まれた領域に流入する。

逃げ部１３の深さまたは容積は、流入する余剰の被成形材３３が逃げ部１３の最深部に到達しないような大きさに形成されているので、上型１と下型２とは、対向面１５と対向面２３とが略接触するまで押圧でき、光学素子３１間のコバ面３５の厚さをどこまで薄くすることができるかの限界を破ることができる。さらに、逃げ部１３を設けることで、液滴３と上型１との接触面積を小さくすることができるので、プレス成形中の液滴３の温度低下を少なくすることができ、光学素子３１に十分な押圧力を加えて、光学面の面形状を正確に転写できるとともに、光学素子３１の外形寸法精度を向上させることができる。

工程Ｓ１３（型分離工程）
上型１と下型２とを分離する工程である。

図３（ｂ）に示すように、プレス成形完了時に、硬化した余剰の被成形材３３は逃げ部１３の途中までしか流入していないために、硬化した余剰の被成形材３３は容易に逃げ部１３から離型することができる。

工程Ｓ１４（離型工程）
上型１あるいは下型２から、光学素子３１と硬化した余剰の被成形材３３とがコバ面３５でつながった光学素子アレイ３０を取り外す工程である。取り外された光学素子アレイ３０の形状を図３（ｃ）に示す。

工程Ｓ２（光学素子分離工程）
工程Ｓ１（成形工程）で得られた光学素子アレイ３０を、個々の光学素子３１に分離する工程で、工程Ｓ２１とＳ２２の各工程で構成される。

工程Ｓ２１（光学素子切断工程）
工程Ｓ１（成形工程）で得られた光学素子アレイ３０から、個々の光学素子３１に切断する工程である。例えば図１に示した上型の第１の実施の形態を用いて成形された複数の光学素子３１の場合は、各光学素子３１の間のコバ面３５に刃を入れることで、個々の光学素子３１に切断することができる。この時に、硬化した余剰の被成形材３３は、光学素子３１から切り離されて排除される。

工程Ｓ２２（バリ取り工程）
切断された光学素子３１の周囲に残るコバ面３５を取り除く工程である。切断された個々の光学素子３１の周囲に残るコバ面３５は、例えばグラインダ等を用いて除去される。

なお、工程Ｓ２１（光学素子切断工程）で、例えばダイサー等を用いてコバ面３５および硬化した余剰の被成形材３３等の不要部分を除去することで、工程Ｓ２２を省略することが可能である。

以上の各工程により、一塊の被成形材の液滴３から、マルチ成形により、複数個の光学素子３１が得られる。なお、図２に示したプレス成形の各工程は、上型の第１の実施の形態を用いたプレス成形に限るものではなく、以下に述べる各実施の形態の全てを用いたプレス成形に共通に適用できるものである。

上述したように、液滴成形用の上型の第１の実施の形態によれば、上型に形成された複数の光学面部の間に、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が最深部に到達しないような深さまたは容積を有する逃げ部を備えることで、金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を提供することができる。

次に、本発明における液滴成形用の上型の第２の実施の形態について、図４を用いて説明する、図４は、液滴成形用の上型の第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図４（ａ）は上型の成形面の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。

図４において、上型１は、転写されて光学素子の光学面となる複数（ここでは９個）の光学面部１１と、プレス成形時に余剰の被成形材が流入するための逃げ部１３ｃおよび１３ｐと、下型との対向面１５等とを備えている。逃げ部１３ｃおよび１３ｐの深さまたは容積は、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が逃げ部１３ｃおよび１３ｐの最深部に到達しないような大きさに設定されている。

また、図３（ａ）に示したように、一塊の被成形材の液滴３は、下型２の中央に滴下され、液滴３は、下型２の中央部に滴下された部分が盛り上がった形状となる。そこで、上型１の、下型１の滴下位置に対向する位置、即ち上型１の中央近傍に設けられた逃げ部１３ｃの深さもしくは容積は、滴下位置から離れた位置に設けられた逃げ部１３ｐの深さもしくは容積よりも大きく形成されている。

上型１の中央近傍の逃げ部１３ｃを大きくすることで、下型２の中央部に盛り上がった多量の余剰の被成形材３３が流入しても、逃げ部１３ｃの最深部に到達しないので、上型１と下型２とは、対向面１５と対向面２３とが略接触するまで押圧でき、光学素子３１間のコバ面３５の厚さをどこまで薄くすることができるかの限界を破ることができる。

上述したように、液滴成形用の上型の第２の実施の形態によれば、上型の、一塊の被成形材の液滴の滴下位置に対向する位置近傍に設けられた逃げ部の深さもしくは容積を、滴下位置に対向する位置から離れた位置に設けられた逃げ部の深さもしくは容積よりも大きくすることで、金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を提供することができる。

次に、本発明における液滴成形用の上型の第３の実施の形態について、図５を用いて説明する、図５は、液滴成形用の上型の第３の実施の形態の構成を示す模式図で、図５（ａ）は上型の成形面の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。

図５において、上型１は、転写されて光学素子の光学面となる複数（ここでは６個）の光学面部１１と、上型１の中央部に設けられた、プレス成形時に余剰の被成形材３３が流入するための逃げ部１３と、下型との対向面１５等とを備えている。逃げ部１３の深さまたは容積は、プレス成形時に流入する余剰の被成形材３３が逃げ部１３の最深部に到達しないような大きさに設定されている。

上型１の中央部の逃げ部１３の深さまたは容積を、余剰の被成形材が逃げ部１３の最深部に到達しないような大きさに設定することで、下型２の中央部に盛り上がった多量の余剰の被成形材３３が流入しても、逃げ部１３の最深部に到達しないので、上型１と下型２とは、対向面１５と対向面２３とが略接触するまで押圧でき、光学素子３１間のコバ面３５の厚さをどこまで薄くすることができるかの限界を破ることができる。

上述したように、液滴成形用の上型の第３の実施の形態によれば、上型の中央部に設けられた逃げ部の深さもしくは容積を、余剰の被成形材が逃げ部の最深部に到達しないような大きさに設定することで、金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を提供することができる。

次に、本発明における液滴成形用の上型の第４の実施の形態について、図６を用いて説明する、図６は、液滴成形用の上型の第４の実施の形態の構成を示す模式図で、図６（ａ）は上型の成形面の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。

図６において、上型１は、転写されて光学素子の光学面となる複数（ここでは４個）の光学面部１１と、光学面部１１の周囲に設けられた、プレス成形時に余剰の被成形材３３が流入するための逃げ部１３と、下型との対向面１５等とを備えている。逃げ部１３は、テーパ部１３ｔと最深部１３ｂとで構成され、テーパ部１３ｔの深さまたは容積は、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が最深部１３ｂに到達しないような大きさに設定されている。

逃げ部１３のテーパ部１３ｔの深さまたは容積を、余剰の被成形材が最深部１３ｂに到達しないような大きさに設定することで、下型２の中央部に盛り上がった多量の余剰の被成形材３３が流入しても最深部１３ｂに到達しないので、上型１と下型２とは、対向面１５と対向面２３とが略接触するまで押圧でき、光学素子３１間のコバ面３５の厚さをどこまで薄くすることができるかの限界を破ることができる。また、最深部１３ｂの面を、硬化した余剰の被成形材３３の離型に必要な抜きテーパや面粗さに加工する必要がないので、金型加工が容易となる。

上述したように、液滴成形用の上型の第４の実施の形態によれば、逃げ部１３をテーパ部１３ｔと最深部１３ｂとで構成し、テーパ部１３ｔの深さまたは容積をプレス成形時に流入する余剰の被成形材が最深部１３ｂに到達しないような大きさに設定することで、金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を提供することができる。

以上に述べたように、本発明によれば、複数の光学面部が形成された下型と、複数の光学面部が形成された上型とで、一塊の被成形材の液滴をプレス成形して複数の光学素子を得る液滴成形用の上型で、上型に形成された複数の光学面部の間に、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が最深部に到達しないような深さを有する逃げ部を備えることで、金型と液滴との接触による液滴温度の低下を防止し、金型中央部の液滴にも十分な押圧力を加えて光学素子の成形精度を向上させ、光学素子の厚さを薄くすることのできる液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を提供することができる。

なお、本発明に係る液滴成形用の上型、光学素子および光学素子の製造方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１ 上型
１１ 光学面部
１３ 逃げ部
１３ｃ （上型１の滴下位置に対向する位置近傍に設けられた）逃げ部
１３ｐ （上型１の滴下位置に対向する位置から離れた位置に設けられた）逃げ部
１３ｔ （逃げ部１３の）テーパ部
１３ｂ （逃げ部１３の）最深部
１５ 対向面
２ 下型
２１ 光学面部
２３ 対向面
３ （一塊の被成形材の）液滴
３１ 光学素子
３３ 余剰の被成形材

Claims (5)

1. 複数の光学面部が形成された下型と、複数の光学面部が形成された上型とで、前記下型の上に滴下された一塊の被成形材の液滴をプレス成形して、複数の光学素子を得る液滴成形用の上型であって、
   複数の前記光学面部の間に余剰の被成形材を逃がすための逃げ部を備え、
   前記逃げ部は、プレス成形時に流入する余剰の被成形材が、前記逃げ部の最深部に到達しないような深さまたは容積を有していることを特徴とする液滴成形用の上型。
2. 前記一塊の被成形材の液滴の滴下位置に対向する位置近傍に設けられた前記逃げ部の深さもしくは容積は、前記滴下位置に対向する位置から離れた位置に設けられた前記逃げ部の深さもしくは容積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液滴成形用の上型。
3. 前記逃げ部は、前記下型との対向面に近い側にテーパ部を有し、前記テーパ部は、前記余剰の被成形材が前記逃げ部の最深部に到達しないような深さまたは容積を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴成形用の上型。
4. 複数の光学面部が形成された下型と、請求項１から３の何れか１項に記載の上型とを用いて、一塊の被成形材の液滴をプレス成形して得られたことを特徴とする光学素子。
5. 複数の光学面部が形成された下型と、請求項１から３の何れか１項に記載の上型とを用いて、一塊の被成形材の液滴をプレス成形する成形工程と、
   前記成形工程で得られた複数の光学素子を、個々の光学素子に分離する光学素子分離工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。

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