JP3817789B2

JP3817789B2 - 光学部品成形装置

Info

Publication number: JP3817789B2
Application number: JP25087996A
Authority: JP
Inventors: 正明福田
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: JPH1081525A; US5851254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス素材を加熱・溶融させて、成形型に所定の圧力で注入することによって、レンズ等の光学部品を射出成形するようにした光学部品成形装置に関するものであり、特に射出成形後にゲートカットを円滑かつ確実に行えるようにした光学部品成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レンズ等の光学部品の製造方式としては、研磨方式が古くから用いられているが、加工が極めて面倒であり、また非球面レンズを形成するのが困難である等のことから、近年においては、ガラス素材をプリフォームした状態で成形型に装着し、このプリフォームを加熱して軟化させた上で上下からプレスすることにより製造するプレス方式も使用されている。プレス成形による光学部品の成形は、研磨方式との比較では製造が容易かつ効率的になるが、成形を行う前の段階でプリフォームを製造しなければならないことから、その製造工数が多くなるという難点がある。
【０００３】
そこで、ガラスを溶融させて、射出ノズルから成形型内に注入する射出成形方式による光学部品の製造方式も開発されている。ガラスを溶融させるために、るつぼを用い、このるつぼ内で溶融したガラスをシリンダ等の圧送手段によって射出ノズルから成形型内にガラスを供給する方式が一般的であるが、ロッド状に形成したガラスロッドを用い、このガラスロッドの先端部分を加熱して溶融させ、かつガラスロッドの基端側を押動することによって、射出ノズルから成形型に溶融ガラスを供給する自己消耗型ガラスロッドで射出成形を行う方式も開発されている。
【０００４】
いずれの方式にしろ、射出成形によりレンズ等の光学部品を製造するには、成形型に所定の形状の転写面を有するキャビティを形成するが、このキャビティ内に溶融ガラスを送り込むための流路が必要となり、成形型の周胴部に注入口を形成し、この注入口からキャビティに至るスプルが形成される。溶融ガラスがキャビティ内に供給されると、スプル内にもガラスが滞留することになり、この部分に滞留するガラスは光学部品となるキャビティ内のガラスに連なった状態になる。このために、成形型を冷却して製品を取り出した時に、スプル内に位置する余剰のガラスはゲートの部分から切り離さなければ光学部品とならない。従って、キャビティへのガラスの通路における入口に当るゲートの部分をカットする、所謂ゲートカットが行われる。ゲートカットは、成形型から取り出した後に行うが、ゲートを切断した後に、切断部分の形状の安定性を図るために、研磨等の仕上げ加工を行わなければならない。
【０００５】
ゲートカットは成形時に行うこともできる。例えば、特開平６−３０５７４５号公報及び特開平６−３０５７４６号公報には、成形時にゲートカットを行う構成としたものが示されている。特開平６−３０５７４５号公報に開示されているゲートカット方式は、成形型のスプルと直交する方向に通路を設けて、この通路に先端が鋭利な刃となったゲートカットピンを設ける構成としたものである。また、特開平６−３０５７４６号公報のゲートカット方式は、成形型を２つの胴型と、転写面を備えた一対のコア型とから構成し、コア型を胴型に対して摺動変位させることによって、両コア型により形成されるキャビティを胴型に対して擦り切るようにしてゲートカットを行うようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来技術においては、ゲートカットピンを用いる場合であれ、コア型をゲートに対して擦り切る場合であれ、ガラスが溶融状態乃至少なくともある程度流動性を持った状態で、所定の部材を移動させることによりゲートカットが行われる。ガラスが固形状態になった後では、ゲートカットピンをキャビティとゲートとの境界部に挿入しても、カットを行うことができず、またガラスが固形状態になった後にコア型を摺動させると、キャビティ内のゲート近傍の部位に割れや欠けが生じる可能性もある。
【０００７】
以上のように、ゲートカットを部材と部材との間の摺動により行うように構成し、かつガラスが溶融乃至軟化状態で行う構成とすると、ゲートカットを行う際における可動側の部材と固定側の部材との間に僅かでも隙間があると、低い粘度状態のガラスがこの隙間に巻き込まれるようにして入り込むおそれがある。しかも、ゲートカットピンを移動させる場合でも、またコア型を移動させる場合でも、ガラスが冷却されて、実質的に固形状態になるまで、ゲートカット状態に維持しなければならない。そうすると、摺動部内に入り込んだガラスも固形化してしまう。このために、成形型本体が冷却された後に、ゲートカットピンを抜き出そうとしても、このゲートカットピンがスティック状態になり抜き出せなくなるおそれがあるし、またコア型と胴型との間の分離が不能になることにもなる。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、キャビティ内に供給されたガラスが完全に固形化した後に、しかも光学部品成形品が成形型内に配置された状態でゲートカットを行えるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、成形型に、転写面を有するキャビティを設けると共に、溶融ガラスの射出ノズルが接離される注入口に通じるスプルを形成したものであって、前記成形型には、前記スプルと前記キャビティとを接続部を含み、少なくともこのスプルの一部を構成し、一端が成形型の端面に臨むゲート形成部材を装着し、このゲート形成部材の端面に振動発生手段に当接させて、この振動発生手段により加振する構成としたことをその特徴とするものである。
【００１０】
ゲート形成部材の作動によるゲートカットは、キャビティ内に供給されたガラスが溶融状態の時に行うのではなく、冷却されて固形化した後に行う。このために、レンズ成形装置においては、成形ステージと冷却ステージとを分けている場合には、冷却ステージに振動発生手段を設ける。また、冷却ステージから取り出した後にゲートカットを行うことも可能である。
【００１１】
成形型には、単一のキャビティを設ける場合と、複数のキャビティを設ける場合とがある。複数のキャビティを有する成形型にあっても、単一の注入口が設けられ、この注入口から各キャビティのゲートとスプルとの間にはランナが設けられて、このランナを介してキャビティとスプルとが連通される。この場合には、ゲート形成部材は、全てのキャビティのゲートと、少なくともランナの全部または一部とを含む位置に設ける。また、成形型にはキャビティが設けられる関係から、複数の部材で構成される。例えば、上型と下型とから構成することが可能であるが、このように構成した場合には、上型または下型に貫通する開口部を形成して、この開口部にゲート形成部材を装着する。そして、ゲート形成部材の端面にスプルやランナの一部を構成する溝を設ける構成とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。まず、図１に押出成形によるレンズの成形装置の概略構成を示す。この図１においては、ガラス供給部１から溶融したガラスを成形型１０に供給してレンズを成形する構成としたものが示されている。
【００１３】
ガラス供給部１を構成するるつぼ２にはヒータ３が装着されており、このヒータ３でるつぼ２を加熱することより、るつぼ２内のガラスは溶融状態になるように調整されている。そして、るつぼ２内におけるガラスの温度を均一化するために攪拌部材４が装着されている。るつぼ２は連通路５によりシリンダ６と連通しており、このシリンダ６の先端には射出ノズル７が設けられている。ヒータ３は、るつぼ２から連通路５及びシリンダ６、さらに射出ノズル７に至るまで設けられており、これによって射出に至るまでガラスの粘度が厳格に管理されるようになっている。シリンダ６にはプランジャ８が摺動可能に装着されており、このプランジャ８をシリンダ６内に押し込むことによって、溶融ガラスを所定の圧力で所定量供給できるようになっている。
【００１４】
成形型１０は、図２及び図３に示したように、上型１１と下型１２とから構成され、上型１１と下型１２とは接合させて、所定の型締めを行うようにしてアセンブルされる。上型１１と下型１２との接合部にはキャビティ１３が形成され、これら上型１１及び下型１２のキャビティ１３を構成する面は所定の曲面形状となった転写面１１ａ，１２ａとなっている。従って、キャビティ１３は成形されるレンズ形状に対応する形状となり、このキャビティ１３内に溶融ガラスを供給して冷却すると、転写面１１ａ，１２ａが転写された表面形状を有するレンズが成形される。ただし、キャビティ１３の外周は完全な円形状ではなく、一部が直線状となったＤカット部１３ａが設けられる。キャビティ１３に溶融ガラスを導入するために、上型１１と下型１２との接合部にスプル１４が形成される。スプル１４の一端は成形型１０の側面に開口した注入口１４ａとなり、また他端はキャビティ１３のＤカット部１３ａに接続されたゲート１５となっている。
【００１５】
射出ノズル７はスプル１４の注入口１４ａに対して接離可能となっている。射出ノズル７を注入口１４ａに接続して、プランジャ８をシリンダ６内に押し込むことによって、るつぼ２から供給される溶融ガラスがスプル１４からゲート１５を経てキャビティ１３内に注入される。キャビティ１３全体に隈なく溶融ガラスが供給され、隙間や気泡等が生じないようにするために、ガラスは成形型１０内に円滑に流入するように十分な流動性を持たせ、かつプランジャ８によりキャビティ１３内に供給される溶融ガラスに所定の圧力を加える。ここで、射出成形を行うのに必要な粘度状態はガラスの作業点の粘度であり、具体的には１０² 〜１０⁴ poise 程度の低い粘度である。キャビティ１３内のガラスを冷却して固形化した後に、成形型１０の上型１１と下型１２とを分離することによって、レンズ成形品が取り出される。なお、キャビティ１３には溶融ガラスの供給時に内部の空気を円滑に排出するために、空気抜き用の通路が形成されるが、その図示は省略する。
【００１６】
以上のようにして射出成形が行われると、上型１１と下型１２の各転写面１１ａ，１２ａの形状が転写されたレンズが成形されるが、スプル１４及びゲート１５内のガラスは除去されないことから、キャビティ１３におけるレンズの部分と、スプル１４及びゲート１５が転写された形状の余剰部分が一体的に成形された成形物が得られる。従って、レンズ成形品とするには、この余剰部分を切断除去しなければならない。余剰部分はゲート１５のキャビティ１３への接続部分から切断することであり、これがゲートカットである。
【００１７】
ゲートカットを行うために、成形型１０の上型１１には、その上端面から貫通する開口部２０が穿設されており、この開口部２０にはゲート形成部材２１が挿入されている。ゲート形成部材２１の下型１２への対向面には溝２２が形成されている。この溝２２はスプル１４の一部を構成するものであって、しかもスプル１４のうちのキャビティ１３への接続部であるゲート１５の部位を含むものである。ここで、ゲート１５はキャビティ１３への開口部となる。ここで、このゲート１５の通路断面積は、スプル１４の通路断面積と同じであっても良いが、ゲート１５の通路断面積の方をある程度小さくする方がゲートカットを行う上で有利である。
【００１８】
ゲート形成部材２１は上型１１の一部を構成するものであり、しかもこのゲート１５及びスプル１４の一部に振動を加えることによって、レンズ成形品の部位と余剰部位とを分離する。このために、成形型１０の上型１１の上面に振動発生手段２３が載置されて、その加振部２３ａがゲート形成部材２１に当接して、この加振部２３ａによりゲート形成部材２１を加振させるようになっている。
【００１９】
レンズ成形を行うに当っては、図４に示したように、予熱ステージＰ，成形ステージＭ及び２つの冷却ステージ、即ち徐冷ステージＣ₁ と冷却ステージＣ₂ を設け、成形ステージＭにはガラス供給部１が配置されている。徐冷ステージＣ₁ ，Ｃ₂ のうち、徐冷ステージＣ₁ は、キャビティ１３内のガラスが固形化するまで、即ち転移点から歪み点の粘度状態となるまで、即ち１０¹²ｐｏｉｓｅ〜１０^14.5ｐｏｉｓｅの粘度状態となるまで徐冷を行うものであり、また冷却ステージＣ₂ は取り出し温度にまで成形型１０を冷却するものである。振動発生手段２３は、冷却ステージＣ₂ に設けられる。なお、冷却ステージＣ₂ の後に、ゲートカットステージを設けて、このゲートカットステージに振動発生手段２３を配置しても良い。
【００２０】
以上の構成において、まず、成形型１０を予熱ステージＰに搬入して、溶融ガラスを供給する前の段階で成形型１０を予熱する。この予熱はガラスの作業温度、即ちガラスが１０² 〜１０⁴ poise の粘度状態となる温度乃至その近傍の温度とする。そして、予熱された成形型１０を成形ステージＭに移行させて、その側面に開口している注入口１４ａを射出ノズル７に接続する。この状態で、プランジャ８を作動させることによって、るつぼ２内の作業点の粘度となるまで溶融ガラスが射出ノズル７を介して成形型１０のスプル１４からキャビティ１３内に供給される。ここで、成形型１０をガラス供給部１の射出ノズル７に接続する際に、この成形型１０を安定的に保持するために、図示しないクランプ部材によりクランプされ、かつこのクランプ部材にはヒータが内蔵されて加熱されるようになっている。従って、溶融ガラスが所定の圧力で供給されても、ゲート形成部材２１がその圧力で浮き上がるようなことはない。
【００２１】
キャビティ１３内に完全に溶融ガラスが注入された後、成形型１０は成形ステージＭから徐冷ステージＣ₁ に移行させて、キャビティ１３内の溶融ガラスの冷却を行う。この冷却を急速に行うと、ガラスが固形化する際における収縮によるヒケ等が発生するおそれがあるために、ガラス固形化するまでの間は徐冷ステージＣ₁ で徐冷を行い、レンズ成形品の形状安定性を図る。さらに、ガラスが固形化した後に、冷却ステージＣ₂ で取り出し温度にまで冷却する。
【００２２】
冷却ステージＣ₂ に成形型１０が搬入されて、この成形型１０が実質的に常温乃至常温近傍の温度状態になるまで冷却されるが、この冷却を行っている間に、振動発生手段２３を成形型１０の上型１１上に当接させる。そして、この振動発生手段２３の加振部２３ａを、例えば２０Ｈｚ〜３０Ｈｚ程度の周波数の振動を加える。そして、加振時間は例えば１〜３秒程度というように、極短いもので良い。固形化した成形物は、そのレンズ成形部と余剰部との境界部が最も断面積が小さいために、この部位に応力の集中するから、振動が加わることによって、この境界部の部位で切断されるようにして分離される。これにより、ゲートカットが行われて、レンズ成形品が形成される。
【００２３】
とりわけ、スプル１４のゲート１５の開口面積を絞ることによって、ゲート１５に相当する部位とレンズ成形品との移行部に脆弱部ができるので、振動発生手段２３により加振すると、より迅速に、しかも正確にゲートカットを行うことができる。特に、キャビティ１３には直線形状となったＤカット部１３ａが設けられ、ゲート１５はこのＤカット部１３ａの位置に開口しているから、この部位の外形形状の変化が大きく、しかも形状の変化は直線的であるから、切断面は実質的に平面形状となる。
【００２４】
以上のように、ゲートカットをキャビティ１３内に供給された溶融ガラスが固形化して、レンズ成形品が形成された後に、しかも上型１１及び下型１２の両転写面１１ａ，１２ａに規制された状態で加振を行い、この加振による応力の集中部を切断するようにしているので、カット面の精度が極めて高くなる。また、ゲート形成部材２１は、成形型１０に供給された溶融ガラスが完全に固形化する前の段階では静止状態に保持されるから、ゲート形成部材２１と上型１１の開口部２０内面との間に多少の隙間があっても、この隙間に溶融ガラスが入り込んでゲート形成部材２１がロックしてしまうおそれはない。
【００２５】
次に、図５及び図６は、本発明の第２の実施の形態を示すものであって、この第２の実施の形態においては、ガラス素材としては、完全に加熱溶融したものではなく、ガラスをロッド状に成形して、このロッドガラス３０の先端部分を溶融させて、キャビティに供給するように構成したものを示す。また、成形型４０は同時に複数個のレンズを成形できるようにしたものとする、なお、この実施の形態では２個のレンズを同時に成形できるように構成したが、成形型により成形されるレンズの数はこれに限らず、例えば３個，４個等というように、さらに多くすることもできる。
【００２６】
図５に示したように、ロッドガラス３０はガラス供給ユニット３１に装着されるようになっている。ガラス供給ユニット３１は、ロッドガラス３０が収納されるシリンダ部３１ａと、流体圧等の作用によりロッドガラス３０を押動する加圧部３１ｂと、射出ノズル３１ｃとから構成される。シリンダ部３１ａの先端側の部位と、射出ノズル３１ｃの部位とにはヒータ３２が設けられており、このヒータ３２によりロッドガラス３０を加熱して溶融させるものである。ただし、ロッドガラス３０が溶融するのは先端側の一部分であり、その基端側の部位は固形状態に保たれている。
【００２７】
成形型４０は、図６から明らかように、上型４１及び下型４２とから構成され、これら上型４１と下型４２との接合部には２箇所のキャビティ４３，４３を形成する転写面４１ａ，４２ａが２箇所設けられており、またこれら両キャビティ４３，４３にはスプル４４が接続されている。スプル４４は、成形型４０の側面に開口する単一の注入口４４ａから所定の長さ分の通路を構成し、このスプル４４と、２つのキャビティ４３，４３に通じるゲート４５との間はランナ４６により連通させている。
【００２８】
成形型４０の下型４２に開口部５０が設けられており、この開口部５０にゲート形成部材５１が装着されている。ゲート形成部材５１の上面部には略Ｔ字状の溝５２が形成されており、この溝５２はスプル４４の一部と、ランナ４６の全長部及びゲート４５を含むものである。また、開口部５０の下端部は拡径部５０ａとなっており、またゲート形成部材５１の下端部は、この拡径部５０ａの幅及び内径より厚み及び外径が小さい大径部５１ａとなっている。これによって、ゲート形成部材５１の大径部５１ａは開口部５０の拡径部５０ａの内面とは非接触状態に保たれる。そして、下型４２の下部側には振動発生手段５３が配置され、この振動発生手段５３の加振部５３ａはゲート形成部材５１の下端面に当接している。従って、振動発生手段５３を作動させた時に、加振部５３ａと当接しているゲート形成部材５１の大径部５１ａに振動が伝達されるが、この大径部５１ａは開口部５０の拡径部５０ａ内において、下型４２の内壁に規制されることなく振動することになる。
【００２９】
以上のように構成することにより、まずガラス供給ユニット３１のヒータ３２を作動させて、ロッドガラス３０の先端部分を加熱して溶融させた状態で、射出ノズル３１ｃを成形型４０のスプル４４における注入口４４ａと接続して、加圧部３１ｂによりロッドガラス３０を押動する。これによって、溶融ガラスが射出ノズル３１ｃから射出されて、スプル４４からランナ４６及びゲート４５を介して両キャビティ４３内に溶融ガラスが供給されて、２個のレンズが同時に成形される。
【００３０】
そして、冷却ステージにおいて、溶融ガラスを冷却することによって、レンズ成形品が固形化する。その後に、前述した第１の実施の形態で説明したと同様に、振動発生手段５３を作動させて、加振部５３ａによりゲート形成部材５１を加振することによって、レンズ成形部とＴ字状の棒状となった余剰部とが分離するようにゲートカットが行われる。ここで、成形型４０には２箇所のキャビティ４３，４３が形成されているが、これら各キャビティ４３により形成されるレンズ成形品は同時にゲートカットがなされることになる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、成形型において、スプルとキャビティとを接続部を含み、少なくともこのスプルの一部を構成する部位に開口部を形成して、この開口部にゲート形成部材を設けて、振動発生手段で加振する構成としたので、成形型におけるキャビティ内に供給されたガラスが完全に固形化した後に、しかも光学部品成形品が成形型内に配置された状態で、キャビティ内において成形された光学部品と、スプルからゲートの内部におけるガラスとの間のゲートカットを確実に行うことができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す光学部品成形装置の全体構成図である。
【図２】成形型の一例を示す縦断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】光学部品成形装置により光学部品を形成する工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す光学部品成形装置の全体構成図である。
【図６】ゲートカットを行う機構の構成説明図である。
【符号の説明】
１ガラス供給部
１０，４０成形型
１１，４１上型
１２，４２下型
１１ａ，１２ａ，４１ａ，４２ａ転写面
１３，４３キャビティ
１４，４４スプル
１４ａ，４４ａ注入口
１５，４５ゲート
２０，５０開口部
２１，５１ゲート形成部材
２２，５２溝
２３，５３超音波加振装置
３０ロッドガラス
３１ガラス供給ユニット

Claims

成形型に、転写面を有するキャビティを設けると共に、溶融ガラスの射出ノズルが接離される注入口に通じるスプルを形成したものにおいて、前記成形型には、前記スプルと前記キャビティとを接続部を含み、少なくともこのスプルの一部を構成し、一端が成形型の端面に臨むゲート形成部材を装着し、このゲート形成部材の端面に振動発生手段に当接させて、この振動発生手段により加振する構成としたことを特徴とする光学部品成形装置。
前記振動発生手段は、前記成形型の冷却ステージに配置されて、前記キャビティ内に供給されたガラスが固形化した後に前記ゲート形成部材を加振する構成としたことを特徴とする請求項１記載の光学部品成形装置。
前記成形型には複数のキャビティが設けられ、前記注入口は１箇所設けて、この注入口を備えたスプルを各キャビティに連通させるランナを設け、前記ゲート形成部材は、これらランナの各キャビティへの接続部を含む位置に設ける構成としたことを特徴とする請求項１記載の光学部品成形装置。
前記成形型は上型と下型とから構成し、前記ゲート形成部材は、上型または下型を貫通するように設けた開口部に装着され、その端面に前記スプルの一部を構成する溝を形成したことを特徴とする請求項１記載の光学部品成形装置。