JP5121553B2 - Optical element molding method - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子材料を成形する際に加熱処理する光学素子の成形方法に関するものである。 The present invention relates to a method for molding an optical element that is heat-treated when molding an optical element material.
従来の技術における光学素子の成形方法について、図7を用いて以下に説明する。
図7は従来の光学素子の成形方法の概念を示す構成図である。図7に示すように、例えばガラスなどからなる光学素子材料13を成形するための成形型を上下に分割し、第1金型14、第2金型15として構成し、第1金型14、第2金型15間に光学素子材料13を入れ、加熱された第1および第2金型14、15からの熱伝導により、第1および第2金型14、15内に封入された光学素子材料13を加熱することで、高精度な成形を実現しようとするものである。
A method for molding an optical element in the prior art will be described below with reference to FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing the concept of a conventional optical element molding method. As shown in FIG. 7, a mold for molding an
一般的に、第1および第2金型14、15の加熱には、発熱線を用いたヒーターカートリッジなどのヒーターブロック16と第1および第2金型14、15とを接触させて、ヒーターブロック16から第1および第2金型14、15へ伝熱するか、または、誘導加熱により第1および第2金型14、15自身を加熱したり、加熱用ランプにより第1および第2金型14、15自身を加熱する方法がある。
しかしながら、上記のような従来の光学素子の成形方法では、前述したいずれの場合にも、金型14、15を加熱することにより、伝熱作用で光学素子材料13を温めることになるため、光学素子材料13の温度は、金型14、15の温度と同温か、または、それ以下となる。さらには、光学素子材料13と金型14、15が接触している部分から加熱されていくため、光学素子材料13自身にも温度分布ムラが発生することになる。
However, in the conventional optical element molding method as described above, the
この時、光学素子材料13は、その表面は温度が高いが、内部は温度が低い状態になり、光学素子材料13が大きい場合には、光学素子材料13の内部温度が成形できる温度(転移点温度)に上がる時には、表面の温度が高くなりすぎて、光学素子材料13の形状が成形前にすでに屈服点温度(転移点温度より10〜30℃高い)に達したり、または、さらに溶融が始まるため局所的に変形したり、温度による光学素子材料13の伸びが不均一になることにより内部に気泡を巻き込んだり、また、高温による光学素子材料13表面の改質による白ぐもりなどの外観上の不具合を発生させる。
At this time, the surface of the
また、光学素子材料13が小さい場合でも、図7のような球状の光学素子材料のように、成形による変形量が大きい場合も前記と同様で、金型14、15との接触点より溶融が始まるためプレスをするまでの球状の維持も困難になり、さらには、光学素子材料13は第1金型14および第2金型15で固定された状態で、金型14、15との接触点より局所的に急加熱されることにより、光学素子材料13表面を改質させ、微小なクラックを発生させたり、一旦溶融し再凝固することによるガラスの場合特有の脈理といった組成ムラを発生させ、光学特性および外観品位にも悪影響を与えることがある。
Further, even when the
一方、前述の特許文献1に開示されているように、光学素子材料13の温度を均一にするためには、溶融した光学素子材料13から所定の重量、または、体積を滴下し、誘導加熱により温度を維持する方法もあるが、滴下された時点、および金型等で受けたときの光学素子材料13の形状を安定させる点に難点がある。
On the other hand, as disclosed in
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、光学素子材料の成形の際に加熱処理中の光学素子材料の変形を抑制することができると共に、成形時の形状および外観品位をさらに向上することができる光学素子の成形方法を提供する。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, can suppress deformation of the optical element material during the heat treatment during molding of the optical element material, and further improve the shape and appearance quality during molding. Provided is a method for molding an optical element.
上記の課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の光学素子の成形方法は、第1金型と第2金型からなる成形型のそれぞれを接近させるとともに加熱した状態で、前記成形型内に光学素子材料を挿入し、前記成形型内に挿入された前記光学素子材料を前記第1金型と第2金型とで挟み込んで前記光学素子材料を成形する光学素子の成形方法において、前記光学素子材料を前記成形型内に挿入する前に、内壁の周方向にスパイラル状の溝が形成された加熱ドラムを、その加熱ドラムの外周部に巻かれた誘導加熱コイルによって所定の温度に加熱した状態で回転させて、前記光学素子材料を前記溝に沿って転がしながら移動させ、その間に前記光学素子材料を加熱することにより、前記光学素子材料の表面温度が前記光学素子材料の内部温度よりも低い温度の状態で、前記成形型内に光学素子材料を挿入することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the method for molding an optical element according to
また、本発明の請求項2に記載の光学素子の成形方法は、請求項1に記載の光学素子の成形方法であって、前記溝の底面および側面の少なくとも一方に微小な突起を設けて、前記光学素子材料が前記加熱ドラムの内壁に融着しないようにすることを特徴とする。
Further, the optical element molding method according to
また、本発明の請求項3に記載の光学素子の成形方法は、請求項1に記載の光学素子の成形方法であって、前記加熱ドラムに複数の誘導加熱コイルを巻き、前記誘導加熱コイルによる誘導加熱を制御して、前記加熱ドラムの長手方向の温度分布を変えることを特徴とする。
The optical element molding method according to claim 3 of the present invention is the optical element molding method according to
また、本発明の請求項4に記載の光学素子の成形方法は、請求項3に記載の光学素子の成形方法であって、前記加熱ドラムの前記温度分布として、前記加熱ドラムにおける前記光学素子材料の取り出し口側を、前記加熱ドラムの中心部よりも温度を低く設定して、前記光学素子材料の中心部を表面部よりも温度を高く設定することを特徴とする。 The optical element molding method according to claim 4 of the present invention is the optical element molding method according to claim 3 , wherein the optical element material in the heating drum is used as the temperature distribution of the heating drum. The temperature of the take-out port side is set lower than that of the central portion of the heating drum, and the temperature of the central portion of the optical element material is set higher than that of the surface portion.
また、本発明の請求項5に記載の光学素子の成形方法は、請求項1に記載の光学素子の成形方法であって、前記所定の温度に加熱された前記光学素子材料を取り出すために、前記光学素子材料を転がしながら、一定時間前記加熱ドラム内を通過させることを特徴とする。
The optical element molding method according to
以上のように本発明によれば、スパイラル状の溝が形成された加熱ドラムを誘導加熱により加熱した状態で回転することにより、成形前の光学素子材料に対して、球形状を良く維持したまま加熱することができる。 As described above, according to the present invention, by rotating the heating drum in which the spiral grooves are formed by induction heating, the spherical shape is maintained well with respect to the optical element material before molding. Can be heated.
その結果、光学素子材料の成形の際に加熱処理中の光学素子材料の変形を抑制することができると共に、成形時の形状および外観品位をさらに向上することができる。 As a result, it is possible to suppress deformation of the optical element material during the heat treatment during molding of the optical element material, and it is possible to further improve the shape and appearance quality at the time of molding.
以下、本発明の実施の形態を示す光学素子の成形方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施の形態の光学素子の成形方法について説明する前に、まず始めに本実施の形態で用いられる光学素子材料の成形装置を説明する。
Hereinafter, a method for molding an optical element according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
Before describing the optical element molding method of the present embodiment, first, an optical element material molding apparatus used in the present embodiment will be described.
図1は本実施の形態の光学素子の成形方法で用いられる光学素子材料の成形装置の概念を示す構成図である。ここで用いられる光学素子材料の成形装置は、図1に示すように、光学素子材料1(以降、硝材1と表記)を封入し、所定の形状に成形するために形状加工が施されている第1金型2と第2金型3とから構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing the concept of an optical element material molding apparatus used in the optical element molding method of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the optical element material forming apparatus used here encloses an optical element material 1 (hereinafter referred to as a glass material 1), and is subjected to shape processing to form it into a predetermined shape. It consists of a
第1金型2および第2金型3は、それぞれに接するヒーターブロック4からの伝熱作用により加熱され、さらに、加熱部5で所定の温度(転移点温度以上)に加熱された硝材1を第1金型2と第2金型3の間に投入し、第1金型2と第2金型3からの伝熱により再加熱、または冷却し、第1金型2と第2金型3の距離を接近させながら加圧力をかけて硝材1をつぶしかつ冷却することにより、所定の形状に成形する。
The
この時、硝材1は、球状または転がることが可能な形状であることが望ましい。また、硝材1のつぶし方については、加圧力をかけてつぶして所定の形状に成形してから冷却する方法でも、硝材1の温度>金型温度に設定することにより、冷却しながら加圧力をかけて成形する方法でもよい。
At this time, it is desirable that the
この時、ヒーターブロック4は、発熱線を用いたヒーターカートリッジや、誘導加熱によるカートリッジでも構わない。
次に、加熱部5による硝材1の加熱方法について、図2を用いて説明する。
At this time, the heater block 4 may be a heater cartridge using a heating wire or a cartridge by induction heating.
Next, the heating method of the
図2は本実施の形態の光学素子の成形方法における加熱部の構造例を示す構成概念図であり、中央の図は加熱部を加熱ドラムの回転軸に対して垂直方向から見た場合の断面構造を示し、左側の図は中央に示す加熱部を図面に向かって左側から見た場合の構造を示し、右側の図は中央に示す加熱部を図面に向かって右側から見た場合の構造を示す。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing a structural example of the heating unit in the optical element molding method of the present embodiment, and the center diagram is a cross section when the heating unit is viewed from the direction perpendicular to the rotation axis of the heating drum. The structure on the left side shows the structure when the heating unit shown in the center is viewed from the left side of the drawing, and the figure on the right side shows the structure when the heating unit shown in the center is viewed from the right side of the drawing. Show.
図1に示す加熱部5は、図2に示すように、硝材1を均一に加熱するための加熱ドラム6と、加熱ドラム6の温度を測定する温度センサ7と、加熱ドラム6を所定の温度に加熱するための誘導加熱コイル8と、加熱ドラム6を回転するための駆動部9と、加熱ドラム6の支持部であるガイドローラ10とにより構成されている。
As shown in FIG. 2, the
駆動部9には、モータ等により、前記加熱ドラム6が所定の回転数で回転できるように制御装置が付属する。ガイドローラ10は、加熱ドラム6の回転軸J1がずれないように規制するものであり、加熱ドラム6が高温になることを考慮して、断熱材などを用いる方がよい。
A controller is attached to the
加熱ドラム6の内壁側には、その周方向にスパイラル状の溝M1が設けられている。前記スパイラル状の溝M1は、加熱による硝材1の膨張を考慮し、球状の硝材半径と同じか、少し大きくとる方がよく、円弧状の断面を持つ方がよい。硝材1の径を直径2〜3mmとすれば、半径Rが2mmぐらいとするのが良い。また、加熱ドラム6については、内径は、供給される硝材1の直径の10〜20倍ぐらいが目安である。
On the inner wall side of the
次に、球状硝材1を、加熱ドラム6の投入口に供給すると、加熱ドラム6を回転させることにより、硝材1は前記スパイラル状の溝M1に沿って、硝材1自身が回転しながら、加熱ドラム6内を進行する。この時、硝材1の加熱条件は、加熱ドラム6の温度と、加熱ドラム6の回転数、および加熱ドラム6内のスパイラル状の溝M1のリードにより決定される。
Next, when the
しかし、加熱ドラム6内の溝M1については、球状硝材1を十分に加熱するだけの時間があればよく、加熱ドラム6内を通過する時間として、1〜2分ぐらいを目安とした溝M1のリードと加熱ドラム6の回転数を設定すればよい。硝材1と加熱ドラム6が融着するのを防ぐため、加熱ドラム6の回転数を大きく、かつ溝M1のリードを多くする方が好ましい。
However, the groove M1 in the
さらに、この時、前記スパイラル状の溝M1の底面に凸凹、かつ、または、砂地状にすることにより、硝材1の回転を促進し、かつ、硝材1と加熱ドラム6が融着することを防ぐことも可能である。硝材1を回転させることにより、加熱ドラム6からの硝材1への伝熱を、硝材1表面に均等に与えることができ、通過する時間を長くとれば、硝材1内部まで加熱を浸透できる。
Further, at this time, by making the bottom surface of the spiral groove M1 uneven and / or sandy, the rotation of the
次に、加熱ドラム6を均一に加熱する方法を説明する。
加熱ドラム6は、磁性体のステンレス鋼、または図4のように磁性特性を持った膜12を溶射、または、コーティングした非磁性ステンレス鋼やセラミックを用いることにより、硝材1の融着を防ぐと共に熱伝導性のよい材料を選択することにより、加熱ドラム6の周方向の温度分布ムラを防ぐことができる。
Next, a method for uniformly heating the
The
さらに、図2に示すように、誘導加熱コイル8を加熱ドラム6の外周に非接触で巻くことにより、加熱ドラム6を加熱し、円周上に均一な温度分布を得ることができる。この時、誘導加熱コイル8としては、銅の細管を巻くか、冷却水および断熱材を内周に配置し、その上にコイル線を数重に巻くことにより、少ないパワーで磁性材料からなる加熱ドラム6を効率よく加熱することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 2, by winding the induction heating coil 8 around the outer periphery of the
誘導加熱コイル8は、温度センサ7で、加熱ドラム6表面の温度を計測することにより、加熱ドラム6を所定の温度に制御する制御回路も付属する。温度センサ7は、遠赤外線等の計測による非接触式が望ましいが、熱電対等の接触式でも測定可能である。
The induction heating coil 8 includes a control circuit for controlling the
また、図2のように、加熱ドラム6を回転させるための駆動部9が必要となることから、回転による振動、および加熱による加熱ドラム6自体の膨張も考えられるが、誘導加熱コイル8による非接触加熱のため、回転軸J1がずれても、同じパワーを投入できるという利点がある。
Further, as shown in FIG. 2, since the
また、加熱ドラム6自体が膨張して変形することを考慮し、図4に示すように、スパイラル状の溝M1が掘ってある加熱ドラム6の部分を磁性材料とし、その加熱ドラム6の外周面全体を断熱材12により巻いて覆うことにより、加熱部5自体への熱伝導を抑えることも可能である。
Considering that the
さらに、誘導加熱コイルを、図3に示す誘導加熱コイル8と誘導加熱コイル11のように、2個以上配置することにより、加熱ドラム6の回転軸J1方向(長手方向)に温度分布を任意に設定することができる。この時、複数の誘導加熱コイル8、11間での電磁障害を抑制するために、コイル間に銅板あるいはフェライトを用いて形成した鍔を配置した方が好ましい。
Further, by arranging two or more induction heating coils as in the induction heating coil 8 and the induction heating coil 11 shown in FIG. 3, the temperature distribution can be arbitrarily set in the direction of the rotation axis J1 (longitudinal direction) of the
次に、加熱プロファイルの実施の形態を、図5を用いて説明する。
図5は本実施の形態の光学素子の成形方法における加熱プロファイルの説明図である。図5に示すように、常温状態の球状硝材1が加熱ドラム6に投入されることにより、硝材1の表面より加熱されていく。このとき、加熱ドラム6は硝材1のガラス転移点(Tg点)温度より5〜10℃ぐらい高めに設定しておく。ガラス転移点については、硝材1の材質により異なるが、500〜600℃のものが多い。設定温度については、成形状態により、この限りではない。
Next, an embodiment of the heating profile will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a heating profile in the optical element molding method of the present embodiment. As shown in FIG. 5, when the
硝材1投入後、硝材1は、加熱ドラム6内を転がりながら、加熱ドラム6に接する硝材表面の温度が先に上昇し、遅れて、硝材内部の温度が上昇し、所定の時間を加熱することにより、硝材1の温度を均一に設定することができる。このとき、加熱時間は硝材1の大きさおよび材質によって決定されるが、直径3mm程度の球状硝材1であれば、1〜2分程度である。このとき、加熱ドラム6は回転しているため、転移点を超した温度設定でも球状の形状を維持することができる。
After the
また、加熱ドラム6と投入された硝材1との温度差が大きいが、加熱ドラム6が回転することにより、硝材1の特定箇所を急激に加熱することがなく、硝材1の表面を均等に加熱するため、硝材1表面に微小なクラックも発生することがなくなるという利点もある。
Further, although the temperature difference between the
さらには、加熱ドラム6に硝材1を複数個投入し、加熱することも可能である。
この加熱ドラム6で加熱された硝材1を成形するとき、成形型の温度<硝材温度の関係を実現することができ、成形型で冷却しながら、プレス成形することができ、硝材1の熱を成形型で吸熱しながら成形することにより、成形時間を短縮することも可能である。
Furthermore, a plurality of
When the
また、複数の誘導加熱コイル8、11を用いた場合の加熱プロファイルの実施の形態を、図6を用いて説明する。
図6は本実施の形態の光学素子の成形方法における他の加熱プロファイルの説明図である。図5のように硝材1の表面および内部の温度が均一になった後、図6に示すように、加熱ドラム6の出口付近を別の誘導加熱コイルによりTg点より数℃低い温度に設定しておくことにより、硝材1の内部の任意箇所において、硝材温度について、表面温度<内部温度とすることが可能になる。
In addition, an embodiment of a heating profile when a plurality of induction heating coils 8 and 11 are used will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram of another heating profile in the optical element molding method of the present embodiment. After the temperature of the surface and the inside of the
さらに、第1金型2と第2金型3の間に、前記の表面温度<内部温度となった硝材1を投入し、所定の温度(Tg点以下、または、硝材内部温度と近傍の温度)に制御された第1金型2と第2金型3で冷却かつ加圧されながら成形されることにより、硝材1表面部の局所的変形を防ぎ、かつ温度による硝材1の伸びが不均一になることによる気泡の巻き込みを防ぎ、高精度の成形が可能となる。
Further, between the
さらに、成形前の硝材形状を維持することができ、かつ、硝材中心部が熱いため、成形時のプレス時間も短縮することが可能となる。
また、金型2、3との接触点より局所的に急加熱されることがないため、光学素子材料1表面を改質させて微小なクラックを発生させたり、一旦溶融し局所的に再凝固することにより、光学素子材料1がガラスの場合に特有の脈理といった組成ムラを発生させ、光学特性および外観品位にも与える悪影響を防ぐことができる。
Furthermore, the glass material shape before molding can be maintained, and the center of the glass material is hot, so that the pressing time during molding can be shortened.
Further, since there is no local rapid heating from the contact point with the
なお、加圧時に、前記例では、硝材1を第1金型2と第2金型3の間で冷却していたが、硝材1の種類および成形による変形量の大小によっては、第1金型2および第2金型3を加熱しながら加圧成形してもよい。
At the time of pressurization, the
本発明の光学素子の成形方法は、光学素子材料の成形の際に加熱処理中の光学素子材料の変形を抑制することができると共に、成形時の形状および外観品位をさらに向上することができるもので、光学機器等に使用されるガラスレンズなどの成形技術に適用できる。 The optical element molding method of the present invention can suppress deformation of the optical element material during the heat treatment during the molding of the optical element material, and can further improve the shape and appearance quality during molding. Thus, the present invention can be applied to a molding technique such as a glass lens used in an optical instrument.
1 (球状の)光学素子材料(硝材)
2 第1金型
3 第2金型
4 ヒーターブロック
5 加熱部
6 加熱ドラム
7 温度センサ
8、11 誘導加熱コイル
9 駆動部
10 ガイドローラ
12 断熱材
J1 (加熱ドラムの)回転軸
M1 (スパイラル状の)溝
1 (Spherical) optical element material (glass material)
2 First mold 3 Second mold 4
Claims (5)
前記光学素子材料を前記成形型内に挿入する前に、内壁の周方向にスパイラル状の溝が形成された加熱ドラムを、その加熱ドラムの外周部に巻かれた誘導加熱コイルによって所定の温度に加熱した状態で回転させて、前記光学素子材料を前記溝に沿って転がしながら移動させ、その間に前記光学素子材料を加熱することにより、前記光学素子材料の表面温度が前記光学素子材料の内部温度よりも低い温度の状態で、前記成形型内に光学素子材料を挿入することを特徴とする光学素子の成形方法。 The optical element material is inserted into the mold while the respective molds composed of the first mold and the second mold are brought close to each other and heated, and the optical element material inserted into the mold is In a method for molding an optical element, which is sandwiched between a first mold and a second mold to mold the optical element material,
Before inserting the optical element material into the mold, a heating drum having spiral grooves formed in the circumferential direction of the inner wall is brought to a predetermined temperature by an induction heating coil wound around the outer periphery of the heating drum. By rotating in a heated state, the optical element material is moved while rolling along the groove, and the optical element material is heated during that time, so that the surface temperature of the optical element material becomes the internal temperature of the optical element material. A method for molding an optical element, comprising inserting an optical element material into the mold at a lower temperature.
前記溝の底面および側面の少なくとも一方に微小な突起を設けて、
前記光学素子材料が前記加熱ドラムの内壁に融着しないようにする
ことを特徴とする光学素子の成形方法。 A method for molding an optical element according to claim 1 ,
Providing minute protrusions on at least one of the bottom and side surfaces of the groove,
The optical element material is prevented from being fused to the inner wall of the heating drum.
前記加熱ドラムに複数の誘導加熱コイルを巻き、
前記誘導加熱コイルによる誘導加熱を制御して、前記加熱ドラムの長手方向の温度分布を変える
ことを特徴とする光学素子の成形方法。 A method for molding an optical element according to claim 1 ,
A plurality of induction heating coils are wound around the heating drum,
A method of molding an optical element, wherein the temperature distribution in the longitudinal direction of the heating drum is changed by controlling induction heating by the induction heating coil.
前記加熱ドラムの前記温度分布として、
前記加熱ドラムにおける前記光学素子材料の取り出し口側を、前記加熱ドラムの中心部よりも温度を低く設定して、前記光学素子材料の中心部を表面部よりも温度を高く設定する
ことを特徴とする光学素子の成形方法。 A method for molding an optical element according to claim 3 ,
As the temperature distribution of the heating drum,
The temperature of the optical element material take-out side of the heating drum is set lower than the center part of the heating drum, and the temperature of the central part of the optical element material is set higher than that of the surface part. A method for forming an optical element.
前記所定の温度に加熱された前記光学素子材料を取り出すために、
前記光学素子材料を転がしながら、一定時間前記加熱ドラム内を通過させる
ことを特徴とする光学素子の成形方法。 A method for molding an optical element according to claim 1 ,
In order to take out the optical element material heated to the predetermined temperature,
The optical element material is passed through the heating drum for a predetermined time while rolling the optical element material.
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