JP2004269339A

JP2004269339A - Mold press molding apparatus and method for manufacturing optical element

Info

Publication number: JP2004269339A
Application number: JP2003066162A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Fujimoto; 忠幸藤本; Shinji Namita; 伸司波田; Kenichi Masuda; 賢一増田; Shinichiro Hara; 慎一郎原; Tetsuya Suzuki; 哲也鈴木
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformly keep a heating temperature of a plurality of molds supported by a matrix and to manufacture an optical element with a uniform performance at high productivity. <P>SOLUTION: The mold press molding apparatus comprises a matrix 411 having a heating element generating heat by induction heating, a plurality of molds 413 arranged in the heating element, and an induction heating coil 410 surrounding the matrix. The heating element 411 is formed to have a long profile and a plurality of the molds 413 are arranged in a single line in the longitudinal direction of the heating element 411. As for the induction heating coil 410, projected parts 410a, which are located closer to the heating element than the other parts, are formed at predetermined positions in the longitudinal direction of the heating element. A plurality of the optical elements with a uniform performance can be manufactured thereby at high productivity. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学レンズ等の製造工程において、予め予備成形した複数のガラス素材（プリフォーム）などを加熱軟化させ、複数の成形型でプレス成形して複数個のガラス光学素子などを同時に成形するためのモールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱軟化した状態の成形素材、例えばガラス素材を、所定形状に精密加工され、所定温度に加熱された成形型中でプレス成形し、その成形面をガラス素材に転写すると、面精度、形状精度の高い光学素子を得ることができる。この場合、プレス成形に次いで、ガラス素材を型から離型する際には、成形型を適切な温度にまで冷却した上で離型する必要がある。このため、プレス成形を連続して光学素子を量産するには、成形型は、プレス温度と離型温度の間における所定温度範囲で熱サイクルを行う必要がある。
このような場合、誘導加熱を用いると、加熱手段であるコイル自体は発熱せず、被加熱体（発熱体）が直接加熱されるため、急速加熱が可能で、かつ迅速な冷却も可能であることから、成形サイクルタイムの短縮の上でも有利である。
そこで、ガラス光学素子の精密プレスにおいては、成形型を加熱する手段として、迅速かつ充分な加熱容量が得られる高周波誘導加熱を用いることが知られている。
【０００３】
一方、誘導加熱では、誘導電流の大半が発熱体の表皮部分（表面から数ミリ以内の部分）に集中するため、発熱する表皮部分から内側への熱伝導の挙動が、成形型の加熱効率及び温度分布に大きな影響を与えることになる。
そして、温度分布に一定以上の温度差が生じると、複数型による同時プレスでは、個々のプレス条件にばらつきが生じるため、成形される光学素子の肉厚や面精度にばらつきが生じる。したがって、製品公差を満たさない素子が成形されてしまう。
【０００４】
このため、従来から高周波誘導加熱を用いた複数型による同時プレス成形装置（方法）においては、種々の改良・工夫がなされている。
例えば、円形の金型の同心円状に複数の成形キャビティを設けた成形装置が提案されている（特許文献１）。この特許文献１に記載の成形装置では、複数のキャビティのそれぞれにおいて、加熱コイルに近い部分のみに加熱が集中してしまうといった問題がある。そこで、この装置では、ダイプレートの背面に断熱リング体と加熱バックアップ体を設けることにより、ダイプレートの半径方向の温度差を補償するようにしている。
【０００５】
また、複数の成形型を長尺状の母型に一列に配置し、母型の周辺を誘導加熱コイルで巻回した成形装置が提案されている（特許文献２）。この特許文献２に記載の成形装置では、複数の成形型を均一に加熱するため、母型の長手方向に複数の成形型を等間隔で配置し、母型の短手方向でのコイルと母型の距離を一定にするようにしてある。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６４−４５７３５号
【特許文献２】
特開平１１−２９３３３号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のプレス成形装置では、装置構成が大掛かりになる上、均熱のために装置全体の熱容量を大きくしていることから、熱効率が極めて低い。また、冷却効率が低く、成形サイクルタイムが長くなるため、成形空間に不活性ガスを供給する冷却手段を併用する必要がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載のプレス成形装置は、特許文献１に記載のプレス成形装置に比べて、コンパクトな設計で高い熱効率を得ることができる。これは、母型を長尺状にし、複数の成形型を直線状に配置したため、成形型がいずれも発熱体の表皮部分から近距離にあり、効率的に加熱されるからである。
しかし、発熱体を長尺状にした場合には、配置された成形型の、長手方向中央付近では、両端付近に比較して、長手方向端部からの熱伝導に時間がかかり、結果として中央付近に配置された成形型の加熱が、両端付近と比べて相対的に低温になる。このため、成形される複数の光学素子の面精度、肉厚に影響を与える。
そこで、特許文献２に記載のプレス成形装置では、母型の長手方向両端に気体を吹き付けることによって、複数の成形型の間での均熱を図るようにしているが、近年、このような補助手段を用いなくても、複数型の均熱が計られるような装置が求められていた。
【０００９】
本発明は、コンパクトで加熱効率が高いモールドプレス成形装置の提供と、この成形装置を用いて複数個の光学素子を同時に成形することによって、各成形型間の温度不均一を抑止し、面精度、肉厚精度にばらつきがなく、高い均一な光学性能を有する光学素子の製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、次の知見にもとづいてなされたものである。
すなわち、発熱体中に配置された複数の成形型を均一な条件で加熱するためには、誘導作用によって最も発熱する発熱体表皮部（表面から数ミリの部分）から成形型への熱伝導効率を部分的に調整するか、又は、発熱体表皮部の発熱量を部分的に調整するかのいずれかが必要であることに発明者は着目した。そして、本発明では、発熱体表皮部の発熱量を部分的に調整する後者の方法を採用した。
【００１１】
ところで、加熱効率の観点からは、コイルと発熱体は近い方が好ましい。コイルからの距離が小さいほど発生する磁束密度が大きく、発熱体表皮部に発生するうず電流も大きくなるからである。また、発熱体表皮部と、成形型の距離も小さい方が、成形型の加熱が速く、好ましい。これらの点から、本発明では、母型の発熱体を長尺状とし、そこに複数の成形型を一列に配置するとともに、長尺状の発熱体の周囲に誘導加熱コイルを配置した。
そしてさらに、誘導加熱コイルを、発熱体長手方向の、発熱量の小さい位置に接近させるような形状とした。これにより、発熱体の表皮部分と成形型の距離を小さくでき、加熱効率が高いコンパクトな設計モールドプレス成形装置を実現し、かつこの成形装置を用いて、光学性能が均一かつ高精度の成形素子、特にガラス成形素子の製造を可能とした。
【００１２】
具体的には、本発明のモールドプレス成形装置は、誘導加熱により発熱する発熱体を有する母型と、前記発熱体中に配置された複数の成形型と、前記母型の周囲を巻回する誘導加熱コイルを備え、
前記発熱体を長尺状に形成するとともに、前記複数の成形型を前記発熱体の長手方向に一列に配置し、
かつ、前記発熱体の長手方向における所定の位置と対向する、前記誘導加熱コイルの所定部位に、他の部分より前記発熱体に接近する突出部を形成した構成としてある。
【００１３】
このような構成とすると、発熱体の、発熱量が小さく温度の上がりにくい（温度上昇率の低い）部位、例えば、長手方向中央部に誘導加熱コイルを近づけることができるので、発熱量の小さい部位のうず電流を大きくして、発熱量を高めることができ、この結果、発熱体の全体を均一に加熱することが可能となる。
【００１４】
また、本発明のモールドプレス成形装置においては、前記誘導加熱コイルの突出部を、前記発熱体における発熱量に対応した形状に形成することが好ましい。このように、突出部を発熱体の発熱量の大小に応じた形状とすることによって、発熱量に応じて誘導加熱コイルの接近量を調整することができるようになり、発熱体の温度制御御をきめ細かく行うことが可能になる。その結果、複数の成形型のあいだにおける温度のばらつきを最小限に抑えることができる。
【００１５】
なお、本発明のモールドプレス成形装置においては、前記発熱体の、長手方向端部における誘導加熱コイルとの距離を、長手方向におけるいずれの位置の距離よりも大きい構成とすることが好ましい。このようにすると、発熱体のうち最も発熱量が大きく、温度上昇しやすい端部の温度上昇を抑制して、発熱体の均熱化に有効である。
【００１６】
本発明の光学素子の製造方法においては、上記モールドプレス成形装置を用いて、複数の成形素材を同時にプレス成形して光学素子を製造する。
このような製造方法によれば、加熱効率が良く、しかも均一の温度で複数の光学素子を加熱することが可能となり、短いサイクルタイムで、均一な光学性能を有した光学素子を容易に製造することができる。
【００１７】
また、本発明の光学素子の製造方法においては、前記複数の成形素子がガラス光学素子であって、このガラス光学素子を、前記モールドプレス成形装置の成形型の温度より高温に加熱し、かつ、この複数のガラス光学素子を前記複数の成形型へ同時に供給して、同時にプレス成形してガラス光学素子を製造する。
このような製造方法によれば、面精度、形状精度の高いガラス光学素子を、さらに短いサイクルタイムで、複数同時に製造することができる。
【００１８】
また、本発明の光学素子の製造方法においては、プレス成形を行う際の、前記複数の成形型の各成形面における温度分布を、１０℃以内となるようにしてある。
このような製造方法によれば、均一な光学性能を有した（ガラス）光学素子を複数同時に製造することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、以下では、本発明をガラス光学素子の製造装置に適用した実施形態にそって説明するが、本発明のモールドプレス成形装置は、この実施形態に限られるものではなく、樹脂製光学素子の製造、あるいは、ガラス及び樹脂製の光学素子以外の部品製造にも適用できる。
【００２０】
［ガラス光学素子の製造装置］
図１は、本発明に係るモールドプレス成形装置をガラス光学素子の製造装置に適用した場合の概略平断面図である。
図１に示す製造装置は、球状のガラスプリフォームをプレスし、小型のコリメーターレンズを製造するものである。概略的に、球状のガラスプリフォームは、本製造装置筐体内に複数（図の例では６つ）同時に供給され、その加熱により軟化され、成形型によってプレスされ、冷却され、そして筐体外へ搬出される。この繰り返しにより、連続的に多数のコリメーターレンズが製造される。
【００２１】
図１に示すように、このガラス光学素子の製造装置１０は、加熱室２０及び成形室４０を備えている。加熱室２０と成形室４０は、開閉バルブ６１を備えた通路６０で相互に連通されており、この加熱室２０、成形室４０及び通路６０によって、外部から遮断された一つの密閉空間が形成されている。この密閉空間の外壁は、ステンレスその他の部材により形成されており、シーリング材によって、その気密性が保持されている。この加熱室２０、成形室４０及び通路６０によって形成される密閉空間は、ガラス光学素子の成形に際して、不活性ガス雰囲気にされる。すなわち、図示しないガス交換装置によって、空間内の空気が排気され、代わりに不活性ガスが充填される。不活性ガスとしては、窒素ガス（例えば、Ｎ_２＋０．０２ｖｏｌ％Ｈ_２）を用いることが好ましい。
【００２２】
加熱室２０は、供給されるガラスプリフォームをプレスするに先立って予備加熱するための領域であり、ここには、プリフォーム供給装置２２、プリフォーム搬送装置２３及びプリフォーム加熱装置２４が設置される。また、外部からガラスプリフォームを加熱室２０内へ供給するための供給準備室２１が設置される。供給準備室２１には、図示しない受け皿が６つ配置され、ここに図示しないロボットアームを用いて６つのガラスプリフォームが置かれる。供給準備室２１内に設置したプリフォーム供給装置２２の吸着パッドによって、この受け皿上のガラスプリフォームが吸着され、加熱室２０内へ搬入される。供給準備室２１は、加熱室２０内への空気の流入を禁止するため、ガラスプリフォームを受け皿に配置した後、密閉されて不活性ガス雰囲気に置換される。
【００２３】
プリフォーム搬送装置２３は、供給準備室２１から搬入されるガラスプリフォームを受け取り、プリフォーム加熱装置２４による加熱領域に搬送し、さらに、加熱軟化したガラスプリフォームを成形室４０へ搬送する。プリフォーム搬送装置２３は、そのアーム２５の先端に６つの皿２６を備え、その上でガラスプリフォームを保持する。
実施形態のものでは、加熱室２０内に固定される駆動部２３ａによって、皿２６を備えるアーム２５が水平に支承され、該アーム２５はほぼ９０度の回転角をもって水平方向に回動される。また、アーム２５は、駆動部２３ａを中心とした半径方向に出退可能に構成されており、これによって、保持したガラスプリフォームを成形室４０に搬送する。
【００２４】
プリフォーム搬送装置２３は、駆動部２３ａ内に、図示しないアーム開閉機構を備え、これによってアーム２５の先端を開いて皿２６上のガラスプリフォームを前記成形型上に落下させる。
【００２５】
プリフォーム加熱装置２４は、供給されたガラスプリフォームを、所定の粘度に対応した温度まで加熱するためのものである。ガラスプリフォームを安定して一定の温度まで昇温するために、抵抗素子を用いた抵抗加熱による加熱装置（例えば、Ｆｅ−Ｃｒヒータ）を用いることが好ましい。プリフォーム加熱装置２４は、側面から見て概略コ字状を有しており、その内側の上下面にヒータ部材を備えている。プリフォーム加熱装置２４は、図１に示すように、アーム２５上に保持したガラスプリフォームの移動軌跡上に設置される。
アーム２５は、前記プリフォーム供給装置２２からガラスプリフォームを受け取るとき及び成形室４０へこれを搬送するときを除き、前記プリフォーム加熱装置２４内に置かれる。前記プリフォーム加熱装置２４のヒータ表面温度は約１１００℃、炉内雰囲気、すなわち上下ヒータ間の雰囲気は約７００〜８００℃とすることができる。なお、本実施形態においては、上下ヒータ間に温度差を設けることによって、アーム２５の縦方向における反りを防止するようにしている。
【００２６】
一方、成形室４０は、前記加熱室２０において予備加熱されたガラスプリフォームをプレスして、所望の形状のガラス光学素子を成形するための領域であり、ここには、プレス装置４１及びガラス光学素子の搬出装置４２が設置されている。また、プレス成形されたガラス光学素子を外部へ搬出するための取り出し準備室４３が設置される。
【００２７】
プレス装置４１は、プリフォーム搬送装置２３によって加熱室２０から搬送される６つのガラスプリフォームを同時に受け入れ、これをプレスして所望の形状のガラス光学素子を得る。プレス装置４１は、上型及び下型を含む成形型を備えており、その間に供給された６つのガラスプリフォームをそれらの成形面によって同時にプレスする。プリフォーム搬送装置２３のアーム２５上の６つのガラスプリフォームは、該アームの先端が開かれることによって、前記下型上に落下され、該アームが成形型間から後退した直後に、下型が上型に向けて上昇し、これによってその間に挟まれたガラスプリフォームがプレスされる。
【００２８】
前記成形型の周囲には、これを加熱するための高周波による誘導加熱コイル４１０が設置されている。ガラスプリフォームのプレスに先立って、成形型を誘導加熱コイル４１０によって加熱し、所定の温度に維持する。プレス時における成形型の温度は、予熱されたガラスプリフォームの温度とほぼ同じであっても、それよりも低い温度であってもよい。
【００２９】
搬出装置４２は、プレス装置４１によってプレスされたガラス光学素子を、前記取り出し準備室４３へ受け渡すものである。搬出装置４２は、駆動部４２ａに対し回動自在に支承されたアーム４２ｂの先端に６つの吸着パッド４２ｃを備えている。吸着パッド４２ｃは、成形型の下型上にある６つのガラス光学素子を真空吸着し、搬出装置４２による搬送を可能にする。アーム４２ｂの回動により吸着されたガラス光学素子は、取り出し準備室４３下に搬送され、ここに設置された図示しない昇降手段上に置かれる。アーム４２ｂの待避後に、該昇降手段が上昇され、ガラス光学素子は取り出し準備室４３へ受け渡される。
本実施形態においては、昇降手段のレンズ載置面によって、取り出し準備室４３の成形室４０と通じる開口が閉鎖され、これによって取り出し準備室４３と成形室との間の気体交換が不能な状態となる。取り出し準備室４３の上部を開放することによって、ロボットアームその他の搬出手段を用い、その内部のガラス光学素子が順次外部へ搬出される。ガラス光学素子の搬出後、取り出し準備室４３は密閉され、ここに不活性ガスが充填される。
【００３０】
〔プレス装置〕
次に、プレス装置について説明する。
図２は、本実施形態にかかるガラス光学素子製造装置のプレス装置の概略平面図を示し、図３は、同じく要部構造を示す側断面図である。このプレス装置は、長尺状の上母型４１１ａ及び下母型４１１ｂが、それぞれ上主軸４１２ａ及び下主軸４１２ｂに取り付けられている。そして、上母型４１１ａ及び下母型４１１ｂにはそれぞれ６個の上型４１３ａ及び下型４１３ｂが取り付けられている。また、上母型４１１ａ及び下母型４１１ｂの周囲には、誘導加熱コイル４１０が設けられている。
さらに、上型４１３ａの外周には下型４１３ｂと狭いクリアランスで嵌合して滑動することによりレンズの上下面の軸ずれを防止するスリーブ４１４が設けられている。上母型４１１ａには、ガイドピン４１５が突設され、下母型４１１ｂにはガイドピン４１５に係合するガイド孔４１６が形成されている。
【００３１】
上下母型４１１ａ，４１１ｂの素材は、誘導加熱によって発熱する発熱体を用いている。この発熱体としては、例えば鉄、コバルト、ニッケルなどを用いることができる。また、上下の成形型４１３ａ，４１３ｂには、例えば炭化ケイ素、窒化ケイ素などのセラミック、あるいは超硬合金などを用いることができる。
ここで、上下母型４１１ａ，４１１ｂの発熱体としては、熱膨張率が成形型４１３ａ，４１３ｂの素材と近いものを使用することが好ましい。例えば、成形型の素材としてセラミックを用いる場合には、発熱体として、タングステン合金などを用いることが好ましい。
なお、上下の成形型４１３ａ，４１３ｂの成形面には離型膜を設けることができる。離型膜としては、貴金属（Ｐｔ、Ｉｒ，Ａｕなど）や、炭素を主成分とする膜が適用できる。炭素膜は、特に、安価であって離型効果が優れており、好適である。
【００３２】
本実施形態における誘導加熱コイル４１０は、図２に示すように母型４１１の長手方向中央部と対向する部位を母型と接近する方向に曲げて突出部４１０ａを形成してある。このように誘導加熱コイル４１０に突出部４１０ａを形成して母型との距離を狭くすると、母型に流れるうず電流が大きくなり発熱量を大きくすることができる。
【００３３】
この突出部４１０ａの形状は、図７に示す従来装置で加熱したときの母型の発熱量分布を予め測定しておき、このときの温度分布を参考にして設計することが好ましい。
すなわち、図７に示すように、母型における発熱量の最も小さい部分に誘導加熱コイルが最も接近するようにするとともに、母型の温度上昇の差（ばらつき）に対応して誘導加熱コイルと母型との距離を決定すると、母型における温度上昇（温度分布）を均一化することができる。
【００３４】
そこで、本実施形態のプレス装置では、図７に示す誘導加熱コイルによって加熱したときの母型における発熱量の差を考慮して、突出部４１０ａ両側に傾斜部４１０ｂを形成してある。
このように、突出部４１０ａの長さと、その両側の傾斜部４１０ｂの傾斜角度を、図７に示す誘導加熱コイルによって加熱したときの母型の発熱量に応じて適宜選択することにより、母型における温度上昇の状態を調整することが可能となる。
突出部４１０ａと傾斜部４１０ｂの組み合わせによっては、誘導加熱コイル４１０の母型側に突出する部分を、湾曲状に形成することも可能である。
【００３５】
一方、母型４１１の両端は温度上昇率が高いので、誘導加熱コイル４１０の母型両端と対向する部位は、母型から遠ざけて他の部位より、母型４１１と誘導加熱コイル４１０の間の距離を大きく取ることが好ましい。
【００３６】
図４は、３個の成形型を一列に配置した母型を二つ直列に備えたプレス成形装置の例である。このように母型の長さを小さくすると、母型の上下方向の熱分布によって母型に反りが生じた場合でも、成形されるレンズのティルト（上下型の軸の傾き）を抑止できる点で好ましい。さらに、このようにすることで、二つの母型の向き合う面付近の誘導加熱効率を上げることができる。本態様では向き合う面を平面としており、角部には曲率をつけている。このようにすることで、二つの母型の向き合う面付近の加熱効率を適切にしている。
【００３７】
このプレス成形装置においては、誘導加熱コイル４１０が二つの母型４１１の周囲を巻回するようにしてある。この場合、従来の誘導加熱コイルで加熱したときの二つの母型における発熱量は図８に示すようになる。そこで、母型における最も温度が低い母型中央付近と対応する誘導加熱コイルの部位に突出部４１０ａを形成することによって、母型の温度の均一化を図っている。
【００３８】
なお、３個の成形型を一列に配置した母型を二つ直列に備えたプレス成形装置、例えば、図８に示すように、二つ並べた母型の内側両端に、図示のような曲率を付け、かつコイルを図示のような位置関係で巻回した装置においては、二つの母型の外側両端の温度が最も高く、次に二つの母型の内側両端の温度が高く、二つの母型の中央部付近の温度が最も低くなる。したがって、この場合には、図５に示すように、誘導加熱コイル４１０の、二つの母型４１１の中央付近と対向する部位を母型と最も接近する突出部４１０ａとし、二つの母型のあいだと対向する部位を次に母型と接近する突出部４１０ｃとすることもできる。
このように誘導加熱コイルを設計すると、より一層母型の均熱化を図ることが可能となる。
【００３９】
上記のように突出部を形成した誘導加熱コイルは、上下の母型の両方あるいはどちらか一方に設けることができる。
【００４０】
なお、本実施形態にかかるプレス成形装置を設計するときには、次の点に留意する必要がある。
すなわち、加熱効率の観点からすると、作業性に問題の無い範囲で、極力、誘導加熱コイルを母型に近接して配置することが好ましい。しかし、接近しすぎると、放電する可能性があるので、例えば、１０〜５０ｋｗの出力を使用する場合には、コイル内周と母型外周との距離（図３におけるＷ１の部分）は、３〜５ｍｍとすることが好ましい。
また、母型に最も接近している部位のコイルと母型の距離（Ｗ１）は、中央付近以外で母型と対向する部位のコイルと母型の距離（Ｗ２）と、１．５〜２．５Ｗ１の関係とし、さらに、母型両端部と対向する部位のコイルと母型の距離（Ｗ３）は２．５〜４．５Ｗ１の関係とすることが、好ましい。
【００４１】
上記のようにプレス成形装置を構成することによって、例えば、各成形型の成形面同士における、温度ばらつきを１０℃以内であるようにすると、均質な複数の光学素子を成形することができる。温度のばらつきは、好ましくは５℃以内、さらに好ましくは３℃以内である。
【００４２】
［ガラス光学素子の製造方法］
以上のような構成のガラス光学素子製造装置を用いて、本発明に係るガラス光学素子を製造する方法の実施形態について説明する。
（ａ）加熱工程
前回の成形サイクルが終了した状態の上下成形型は、Ｔｇ付近の温度に冷却されているため、プレス成形に適した温度まで加熱する必要がある。すなわち、上母型と下母型の周囲を巻回する誘導加熱コイルに電流を流し、上下母型を発熱させ、この熱伝導によって上下の各成形型を所定温度まで加熱する。このとき、複数の成形型の温度のばらつきをできるだけ小さくすることが重要である。
上下成形型の温度設定値は、通常、上下とも同一とするが、成形されるレンズ形状や径などによっては、上下の成形型に温度差を設けてもよい。
なお、上下母型の熱容量が相違し、加熱効率に差のあることが多いため、この点も考慮して、高周波コイル巻き数、及び出力範囲を決定する。
【００４３】
（ｂ）ガラス素材供給工程
加熱された上下型間に、搬送されたガラス素材が供給され、下型上に配置される。ガラス素材の供給は、予め適切な重量の所定形状に予備成形されたガラス素材を用い、成形に適した粘度まで軟化したものを供給するか、あるいは、成形に適した温度よりも低温のガラス素材を上下型間に供給し、成形型においてさらに加熱してもよい。
予め、型の設定温度よりも高温に加熱し、軟化した状態のガラス素材を供給する場合には、特に、型温度の制御を精密に行う必要があるので、本発明を実施すると好適である。すなわち、母型の発熱量が小さく温度の上昇しにくい部位に接近して誘導加熱コイルの突出部を形成し、及び／又は母型の両端と対向する誘導加熱コイルの部位を母型から遠ざけることによって、複数の成形型に伝導される熱をそれぞれ調整し、各成形型のあいだの温度差が１０℃以内、好ましくは５℃以内、さらに好ましくは３℃以内となるようにする。
このときのガラス素材の温度は、粘度で１０^９ポアズ相当未満の温度とし、好ましくは１０^５．５〜１０^７．５ポアズ相当とする。
なお、軟化したガラス素材を搬送して下型上に配置するときには、ガラス素材が搬送部材に接触して、表面に欠陥が起きると、成形される光学素子の面形状に影響するため、軟化したガラス素材を気体により浮上させた状態で搬送し、下型上にガラス素材を落下させる治具を用いることが好ましい。
【００４４】
（ｃ）加圧工程
上下型とガラス素材がそれぞれ所定の温度範囲にあり、ガラス素材が加熱軟化した状態で、下母型を上昇させて加圧し、上下成形型の成形面を転写することによって、所定面形状をもったガラス光学素子を成形する。下型の上昇は、駆動手段（例えばサーボモータ）を作動させて行う。ガラス素材が加熱軟化した状態で供給される場合には、供給後直ちに加圧が行われる。
加圧のための下型の上昇ストロークは、予め、成形する光学素子の肉厚から設定された値であり、この後の冷却工程においてガラスが熱収縮する分を見込んで定めた量とする。加圧のスケジュールは、成形する光学素子の形状や大きさに応じて任意に設定することができ、初期加圧の後、荷重を開放したのち、二次加圧を行うなどの、複数回の加圧方法を採用することもできる。
【００４５】
（ｄ）冷却・離型工程
加圧を維持したまま、あるいは加圧を減じた状態で、成形されたガラス光学素子と成形型の密着を保ち、ガラスの粘度で１０^１２ポアズ相当の温度になるまで冷却したのち、離型する。離型温度は、１０^１２．５〜１０^１３．５ポアズ相当、あるいはそれ以下で行うことが好ましい。
【００４６】
（ｅ）取り出し工程
吸着部材を備えた取り出しアーム等により、成形されたガラス光学素子を自動的に取り出す。
【００４７】
次に、本発明の成形装置と製造方法を用いてガラス光学素子の製造を行った実施例と、比較例の結果を示す。
［実施例１］
図１〜３に示すモールドプレス成形装置を用い、ガラスレンズを成形した。本実施例のプレス成形装置における成形型はＳｉＣ製であり、その成形面には炭素系膜が被覆されており、母型はタングステン合金製である。上母型は支持体を介して成形室の天板に固定され、下母型は支持体を介して上下動と加圧を可能にするための駆動軸に固定されている。さらに、母型の周囲には成形型を加熱するための誘導加熱コイルが、長尺状母型の周囲に巻回されている。
ここで、母型の長手方向中央付近と誘導加熱コイルの突出部との距離（Ｗ１）を５ｍｍとし、他の部分における母型と誘導加熱コイルの距離（Ｗ２）を１０ｍｍとし、突出部と母型との距離（Ｗ１）を他の部分における距離（Ｗ２）よりも５ｍｍ小さくした。また、母型の長手方向両端部においては、母型と誘導加熱コイルの距離（Ｗ３）を１７ｍｍとした。この誘導加熱コイルに高周波電流を流すと、母型の表面付近が誘導加熱され、この部分から熱伝導が起こり各成形型を加熱した。母型には、制御用熱電対が差し込まれ、この測温値にもとづいて加熱制御が行われる。
本実施例では、上型の代わりにダミー型を入れ、熱電対をダミー型に差込んで上型位置での温度を測定した。プレス温度５７０℃、離型温度４５０℃、サイクルタイム１１０秒の設定で、プレス開始時での型温を比較例とともに図６に示す。サイクルタイムが短いにもかかわらず各型の最大温度差は７℃以下となった。
【００４８】
次に、上記成形装置にて、バリウム硼珪酸塩ガラス（Ｔｇ：５１０℃ Ｔｓ：５４５℃）のガラスプリフォーム（球形）を用いて、外径１５ｍｍの凹メニスカスレンズを成形した。プリフォームには、あらかじめ炭素系膜をコートした。窒素ガス雰囲気のチャンバー内で、上下各成形型の予熱温度を５８０℃（ガラス粘度で１０^８．３ポアズ相当）とした。
一方、浮上治具上に浮上させながら６１０℃（ガラス粘度で１０^７．５ポアズ相当）に予熱された６個のプリフォームを、下型上に落下供給し、ただちに下型を上昇させることによってプレス成形を開始した。最終肉厚より、約７０μｍ厚いところまで１２０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力にて初期加圧し、２０ｋｇ／ｃｍ^２まで減圧すると同時に冷却過程に移った。Ｔｓ付近にまで冷却された時点で７０ｋｇ／ｃｍ^２に増圧し、上下型の温度が５００℃に下がった時点で下母型を下降させて離型し、取出し手段でプレス品を取り出した。成形サイクルタイムは１２０秒とし、上記の昇温・供給・プレス・冷却・離型取り出しの繰り返し運転を行い、３００回の連続プレスを行った。このプレスにより、１８００個のレンズが得られた。
得られたレンズの面精度を下記に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
［比較例］
図７に示す形状の上下母型とコイル（誘導加熱コイルを、母型の周囲に１０ｍｍの等距離で巻回）を用いた以外は、実施例１と同じ条件で、プレス成形装置を駆動した。すなわち、実施例１と同じ条件で上ダミー型の温度を測定した結果を図６に示す。最大温度差は２６℃であり、実施例１の三倍以上あった。
実施例１と同じプリフォームとプレス条件のもとでプレスした。一度にプレスされた６個のレンズのレンズ厚と面精度を下記に示す。位置ＡとＦでプレスされたレンズでは面精度不良となった。
【００５１】
【表２】

【００５２】
［実施例２］
実施例１と同じ硝材で外径１８ｍｍの凹メニスカスレンズをプレスした。ここでは、図４に示すプレス装置を用いた。
すなわち、各母型は、図２の形状の母型を二分割し、それぞれ３個の成形型を一列に配置した。また、誘導加熱コイルは、各母型の長手方向中央付近で母型に接近するような形状のものを使用した。成形型・母型の素材は実施例１と同じものを用いた。
ここで、二つの母型の間隔を３ｍｍとし、それぞれの母型の長手方向中央付近と誘導加熱コイルの突出部との距離（Ｗ１）を４ｍｍとし、他の部分における母型と誘導加熱コイルの距離（Ｗ２）を１０ｍｍとし、突出部と母型との距離（Ｗ１）を他の部分における距離（Ｗ２）よりも５ｍｍ小さくした。また、母型の長手方向両端部においては、母型と誘導加熱コイルの距離（Ｗ３）を１２ｍｍとした。
熱間で成形された扁平球形状のガラスプリフォームを用い、上下型の予熱温度を６００℃（ガラス粘度で１０^８．０ポアズ）相当とし、プリフォーム予熱温度６３０℃（ガラス粘度で１０^７．０ポアズ相当）とし、離型温度５００℃サイクルタイム１３０秒の設定で連続３００回の連続プレスを行った。その結果は以下に示すとおり、面精度の良好なレンズが１８００個得られた。
【００５３】
【表３】

【００５４】
なお、今回用いた誘導加熱コイルにおいて、母型と接近する部位の形状は直線状であったが、この部分を円弧状にすることも可能である。
【００５５】
本発明のモールドプレス成形装置によれば、長手方向中央付近の成形型と、両端付近の成形型に生じる、温度環境の不均一を解消できることがわかった。また、この装置を用いた光学素子製造方法によれば、複数同時プレスを行なうための複数の成形型間で温度環境の不均一を相殺し、均一な熱条件で複数の同時プレス成形を行えることが可能となった。
【００５６】
さらに、従来技術では、母型長手方向中央付近に配置された成形型においては、成形サイクルタイムを短くしたような場合に、長手方向両端部からの熱伝導による加熱が不足するため、成形面内での温度不均一によりアスを生じたが、本発明の装置では加熱効率が高いことから、成形サイクルタイムを短くしても、母型の長手方向、短手方向の両方（複数の成形型）において、均熱化を図ることができ、その結果、アス、クセともに抑止されることがわかった。
【００５７】
このようなモールドプレス成形装置とその装置を用いた光学素子の製造方法によれば、面精度を得る難度の高い、凹メニスカスレンズなどにおいても、均一性能のものを得られることがわかった。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、母型に支持された成形型の均熱化を図ることができ、特に複数の成形型による複数取りにおいて、均一性能の光学素子が生産性よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を適用するモールドプレス成形装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】図２は、図１におけるプレス装置の概略平面図である。
【図３】図３は、図２に示すプレス装置の概略側断面図である。
【図４】図４は、他のプレス装置例の概略平面図である。
【図５】図５は、さらに他のプレス装置例の概略平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１の結果（温度分布）と比較例の結果（温度分布）を示すグラフである。
【図７】図７は、従来のプレス装置の一例を示す概略平面図である。
【図８】図８は、従来のプレス装置の他の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１０光学ガラス製造装置
２０加熱室
４０成形室
４１プレス装置
４１０高周波誘導コイル
４１０ａ，４１０ｃ突出部
４１０ｂ傾斜部
４１１ａ，４１１ｂ母型
４１３ａ，４１３ｂ成形型[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, in a manufacturing process of an optical lens or the like, a plurality of preformed glass materials (preforms) and the like are heated and softened, and pressed by a plurality of molds to simultaneously form a plurality of glass optical elements. And a method for manufacturing an optical element.
[0002]
[Prior art]
A heated and softened molding material, for example, a glass material, is precision-processed into a predetermined shape, press-molded in a molding die heated to a predetermined temperature, and the molding surface is transferred to the glass material. A high optical element can be obtained. In this case, when releasing the glass material from the mold after press molding, it is necessary to cool the molding die to an appropriate temperature and then release the mold. For this reason, in order to mass-produce the optical element by continuously performing the press molding, the molding die needs to perform a thermal cycle in a predetermined temperature range between the pressing temperature and the release temperature.
In such a case, when induction heating is used, the coil itself, which is the heating means, does not generate heat, and the object to be heated (the heating element) is directly heated, so that rapid heating is possible and rapid cooling is also possible. This is advantageous in shortening the molding cycle time.
Therefore, in precision pressing of a glass optical element, it is known to use high-frequency induction heating which can obtain a quick and sufficient heating capacity as a means for heating a mold.
[0003]
On the other hand, in induction heating, most of the induced current is concentrated on the skin portion (the portion within a few millimeters from the surface) of the heating element, so the behavior of heat conduction from the heated skin portion to the inside depends on the heating efficiency of the mold and the heating efficiency of the mold. This will have a significant effect on the temperature distribution.
Then, when a temperature difference of a certain level or more occurs in the temperature distribution, in the simultaneous pressing by a plurality of molds, the individual pressing conditions vary, so that the thickness and the surface accuracy of the optical element to be molded vary. Therefore, an element that does not satisfy the product tolerance is formed.
[0004]
For this reason, various improvements and devices have been conventionally made in a simultaneous press forming apparatus (method) using a plurality of molds using high-frequency induction heating.
For example, a molding apparatus in which a plurality of molding cavities are provided concentrically in a circular mold has been proposed (Patent Document 1). In the molding apparatus described in Patent Document 1, in each of the plurality of cavities, there is a problem that heating is concentrated only in a portion near the heating coil. Therefore, in this apparatus, a heat insulating ring body and a heating backup body are provided on the back surface of the die plate to compensate for a temperature difference in the radial direction of the die plate.
[0005]
Further, there has been proposed a molding apparatus in which a plurality of molding dies are arranged in a row in a long matrix, and the periphery of the matrix is wound by an induction heating coil (Patent Document 2). In the molding apparatus described in Patent Document 2, in order to uniformly heat a plurality of molding dies, a plurality of molding dies are arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the matrix, and the coil and the mother in the short direction of the matrix are arranged. The distance between the molds is kept constant.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-64-45735 [Patent Document 2]
JP-A-11-29333 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the press forming apparatus described in Patent Document 1, the heat efficiency of the press forming apparatus is extremely low because the apparatus configuration is large and the heat capacity of the entire apparatus is increased for uniform heat. Further, since the cooling efficiency is low and the molding cycle time is long, it is necessary to use a cooling means for supplying an inert gas to the molding space.
[0008]
Further, the press forming apparatus described in Patent Document 2 can obtain high thermal efficiency with a compact design as compared with the press forming apparatus described in Patent Document 1. This is because the matrix is elongated and a plurality of molding dies are arranged in a straight line, so that all of the molding dies are at a short distance from the skin portion of the heating element and are efficiently heated.
However, when the heating element is elongated, the heat transfer from the end in the longitudinal direction takes longer in the vicinity of the center of the placed mold in the longitudinal direction than in the vicinity of both ends. Heating of the mold located near the temperature is relatively low compared to near both ends. This affects the surface accuracy and thickness of the plurality of optical elements to be molded.
Therefore, in the press forming apparatus described in Patent Literature 2, gas is blown to both ends in the longitudinal direction of the mother die so as to equalize heat among a plurality of forming dies. There has been a demand for a device capable of measuring a plurality of types of soaking without using any means.
[0009]
The present invention provides a compact mold press molding apparatus with high heating efficiency, and simultaneously molds a plurality of optical elements using this molding apparatus, thereby suppressing temperature non-uniformity between molds and improving surface accuracy. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an optical element having high uniform optical performance without variation in wall thickness accuracy.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made based on the following findings as a result of intensive studies to achieve the above object.
In other words, in order to heat a plurality of molds arranged in the heating element under uniform conditions, the heat transfer efficiency from the skin portion (a few millimeters from the surface) of the heating element, which generates the most heat by induction, to the molding die. The inventor noted that it is necessary to either partially adjust or partially adjust the heat generation amount of the heating element skin portion. In the present invention, the latter method of partially adjusting the heat generation amount of the heating element skin portion is employed.
[0011]
By the way, from the viewpoint of heating efficiency, it is preferable that the coil and the heating element are close to each other. This is because the smaller the distance from the coil, the higher the magnetic flux density generated and the higher the eddy current generated in the skin of the heating element. In addition, it is preferable that the distance between the heating element skin portion and the mold is small, because the mold can be quickly heated. From these points, in the present invention, the heating element of the matrix is elongated, a plurality of molding dies are arranged in a row, and the induction heating coil is arranged around the elongated heating element.
Further, the induction heating coil is shaped so as to approach a position where the amount of heat generation is small in the longitudinal direction of the heating element. As a result, the distance between the skin portion of the heating element and the molding die can be reduced, and a compact design mold press molding device with high heating efficiency is realized. Using this molding device, a molding element with uniform optical performance and high precision is realized. And, in particular, the production of glass forming elements.
[0012]
Specifically, the mold press molding device of the present invention winds around a mother die having a heating element that generates heat by induction heating, a plurality of molding dies arranged in the heating element, and a periphery of the mother die. Equipped with induction heating coil,
The heating element is formed in a long shape, and the plurality of molds are arranged in a line in a longitudinal direction of the heating element,
In addition, a protruding portion that is closer to the heating element than another portion is formed at a predetermined position of the induction heating coil, which opposes a predetermined position in the longitudinal direction of the heating element.
[0013]
With such a configuration, a portion of the heating element that generates a small amount of heat and has a low temperature rise (a low rate of temperature rise), for example, the induction heating coil can be brought closer to the central portion in the longitudinal direction, so that a portion that generates a small amount of heat is generated. By increasing the eddy current, the amount of heat generated can be increased, and as a result, the entire heating element can be uniformly heated.
[0014]
Further, in the mold press molding apparatus of the present invention, it is preferable that the protrusion of the induction heating coil is formed in a shape corresponding to the amount of heat generated by the heating element. In this way, by forming the protruding portion in a shape corresponding to the magnitude of the heat generation amount of the heating element, the approach amount of the induction heating coil can be adjusted according to the heat generation amount, and the temperature control of the heating element can be performed. Can be performed finely. As a result, temperature variations among a plurality of molds can be minimized.
[0015]
In addition, in the mold press molding apparatus of the present invention, it is preferable that the distance between the heating element and the induction heating coil at the longitudinal end is larger than the distance at any position in the longitudinal direction. With this configuration, the heat generation amount is the largest among the heat generating elements, and the temperature increase at the end portion where the temperature tends to increase is suppressed, which is effective for uniforming the heat generation elements.
[0016]
In the method of manufacturing an optical element according to the present invention, an optical element is manufactured by simultaneously press-molding a plurality of molding materials using the mold press molding apparatus.
According to such a manufacturing method, it is possible to heat a plurality of optical elements at a good heating efficiency and at a uniform temperature, and to easily manufacture an optical element having a uniform optical performance in a short cycle time. be able to.
[0017]
In the method for manufacturing an optical element of the present invention, the plurality of molding elements are glass optical elements, and the glass optical elements are heated to a temperature higher than the temperature of a molding die of the mold press molding apparatus, and The plurality of glass optical elements are simultaneously supplied to the plurality of molds and simultaneously pressed to manufacture glass optical elements.
According to such a manufacturing method, a plurality of glass optical elements having high surface accuracy and high shape accuracy can be manufactured simultaneously with a shorter cycle time.
[0018]
In the method of manufacturing an optical element according to the present invention, the temperature distribution on each molding surface of the plurality of molds during press molding is set to be within 10 ° C.
According to such a manufacturing method, it is possible to simultaneously manufacture a plurality of (glass) optical elements having uniform optical performance.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following, the present invention will be described according to an embodiment in which the present invention is applied to a glass optical element manufacturing apparatus. However, the mold press molding apparatus of the present invention is not limited to this embodiment. The present invention can also be applied to manufacturing or manufacturing parts other than optical elements made of glass and resin.
[0020]
[Glass optical element manufacturing equipment]
FIG. 1 is a schematic plan sectional view when a mold press molding apparatus according to the present invention is applied to a glass optical element manufacturing apparatus.
The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 presses a spherical glass preform to manufacture a small collimator lens. Schematically, a plurality of glass preforms (six in the example in the figure) are simultaneously supplied into the manufacturing apparatus housing, softened by heating, pressed by a molding die, cooled, and carried out of the housing. Is done. By repeating this, a large number of collimator lenses are continuously manufactured.
[0021]
As shown in FIG. 1, the glass optical element manufacturing apparatus 10 includes a heating chamber 20 and a molding chamber 40. The heating chamber 20 and the molding chamber 40 are communicated with each other through a passage 60 having an opening / closing valve 61. The heating chamber 20, the molding chamber 40, and the passage 60 form one closed space that is isolated from the outside. ing. The outer wall of the closed space is formed of stainless steel or another member, and the airtightness is maintained by a sealing material. The sealed space formed by the heating chamber 20, the molding chamber 40 and the passage 60 is set to an inert gas atmosphere when molding the glass optical element. That is, the air in the space is exhausted by an unillustrated gas exchange device, and the space is filled with an inert gas. As the inert gas, it is preferable to use nitrogen gas (for example, N ₂ +0.02 vol% H ₂ ).
[0022]
The heating chamber 20 is an area for preheating before the supplied glass preform is pressed, where a preform supply device 22, a preform transport device 23, and a preform heating device 24 are installed. You. Further, a supply preparation chamber 21 for supplying the glass preform from the outside into the heating chamber 20 is provided. Six trays (not shown) are arranged in the supply preparation chamber 21, and six glass preforms are placed here using a robot arm (not shown). The glass preform on the tray is sucked by the suction pad of the preform supply device 22 installed in the supply preparation chamber 21, and is carried into the heating chamber 20. The supply preparatory chamber 21 is closed and replaced with an inert gas atmosphere after disposing the glass preform in a receiving tray in order to prevent air from flowing into the heating chamber 20.
[0023]
The preform conveying device 23 receives the glass preform carried in from the supply preparation room 21, conveys the glass preform to a heating area by the preform heating device 24, and further conveys the heat-softened glass preform to the forming chamber 40. The preform transfer device 23 has six dishes 26 at the tip of its arm 25, and holds the glass preform thereon.
In the embodiment, the arm 25 provided with the plate 26 is horizontally supported by the driving portion 23a fixed in the heating chamber 20, and the arm 25 is horizontally rotated at a rotation angle of about 90 degrees. Further, the arm 25 is configured to be able to move back and forth in the radial direction with the drive unit 23 a as a center, thereby transferring the held glass preform to the forming chamber 40.
[0024]
The preform conveying device 23 includes an arm opening / closing mechanism (not shown) in the drive unit 23a, thereby opening the tip of the arm 25 and dropping the glass preform on the plate 26 onto the mold.
[0025]
The preform heating device 24 is for heating the supplied glass preform to a temperature corresponding to a predetermined viscosity. In order to stably raise the temperature of the glass preform to a constant temperature, it is preferable to use a heating device (for example, an Fe-Cr heater) by resistance heating using a resistance element. The preform heating device 24 has a substantially U-shape when viewed from the side, and has a heater member on the upper and lower surfaces inside. As shown in FIG. 1, the preform heating device 24 is installed on the movement locus of the glass preform held on the arm 25.
The arm 25 is placed in the preform heating device 24 except when receiving the glass preform from the preform supply device 22 and when transferring the glass preform to the molding chamber 40. The surface temperature of the heater of the preform heating device 24 can be about 1100 ° C., and the atmosphere in the furnace, that is, the atmosphere between the upper and lower heaters can be about 700 to 800 ° C. In the present embodiment, the arm 25 is prevented from warping in the vertical direction by providing a temperature difference between the upper and lower heaters.
[0026]
On the other hand, the forming chamber 40 is an area for pressing the glass preform preheated in the heating chamber 20 to form a glass optical element having a desired shape. An element unloading device 42 is provided. Further, a takeout preparation chamber 43 for carrying out the press-formed glass optical element to the outside is provided.
[0027]
The pressing device 41 simultaneously receives six glass preforms conveyed from the heating chamber 20 by the preform conveying device 23, and presses them to obtain a glass optical element having a desired shape. The press device 41 includes a forming die including an upper die and a lower die, and simultaneously presses six glass preforms supplied therebetween by using their forming surfaces. The six glass preforms on the arm 25 of the preform conveying device 23 are dropped on the lower mold by opening the tip of the arm, and immediately after the arm retreats from between the molds, the lower mold is It rises towards the upper mold, which presses the glass preform sandwiched therebetween.
[0028]
A high frequency induction heating coil 410 for heating the mold is provided around the mold. Prior to pressing the glass preform, the mold is heated by the induction heating coil 410 and maintained at a predetermined temperature. The temperature of the mold during pressing may be substantially the same as or lower than the temperature of the preheated glass preform.
[0029]
The unloading device 42 transfers the glass optical element pressed by the pressing device 41 to the unloading preparation chamber 43. The unloading device 42 has six suction pads 42c at the tip of an arm 42b rotatably supported by the drive unit 42a. The suction pad 42c vacuum-sucks the six glass optical elements on the lower mold of the molding die and enables the carry-out device 42 to convey the glass optical elements. The glass optical element sucked by the rotation of the arm 42b is conveyed to a position below the take-out preparation chamber 43, and is placed on an elevating means (not shown) installed here. After the arm 42b is retracted, the elevating means is raised, and the glass optical element is delivered to the takeout preparation chamber 43.
In the present embodiment, the lens mounting surface of the lifting / lowering means closes the opening communicating with the molding chamber 40 of the takeout preparation chamber 43, whereby the gas cannot be exchanged between the takeout preparation chamber 43 and the molding chamber. Become. By opening the upper portion of the take-out preparation chamber 43, the glass optical elements inside the robot arm are sequentially carried out to the outside by using a robot arm or other carrying-out means. After carrying out the glass optical element, the take-out preparation chamber 43 is closed and filled with an inert gas.
[0030]
[Press equipment]
Next, the press device will be described.
FIG. 2 is a schematic plan view of a pressing device of the glass optical element manufacturing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 3 is a side cross-sectional view showing the main structure of the same. In this press apparatus, a long upper mold 411a and a lower mold 411b are attached to an upper main shaft 412a and a lower main shaft 412b, respectively. Then, six upper dies 413a and six lower dies 413b are attached to the upper dies 411a and the lower dies 411b, respectively. In addition, an induction heating coil 410 is provided around the upper matrix 411a and the lower matrix 411b.
Further, a sleeve 414 is provided on the outer periphery of the upper mold 413a to prevent the axial displacement of the upper and lower surfaces of the lens by sliding while fitting with the lower mold 413b with a narrow clearance. A guide pin 415 protrudes from the upper matrix 411a, and a guide hole 416 that engages the guide pin 415 is formed in the lower mold 411b.
[0031]
As a material of the upper and lower molds 411a and 411b, a heating element that generates heat by induction heating is used. As the heating element, for example, iron, cobalt, nickel or the like can be used. For the upper and

lower molds

413a and 413b, for example, a ceramic such as silicon carbide or silicon nitride, or a cemented carbide can be used.
Here, as the heating elements of the upper and lower mother dies 411a and 411b, those having a thermal expansion coefficient close to that of the material of the molding dies 413a and 413b are preferably used. For example, when ceramic is used as the material of the molding die, it is preferable to use a tungsten alloy or the like as the heating element.
Note that a release film can be provided on the molding surfaces of the upper and

lower molds

413a and 413b. As the release film, a film containing a noble metal (Pt, Ir, Au, or the like) or carbon as a main component can be used. The carbon film is particularly preferable because it is inexpensive and has an excellent releasing effect.
[0032]
As shown in FIG. 2, the induction heating coil 410 in the present embodiment has a protruding portion 410 a formed by bending a portion of the matrix 411 facing the center in the longitudinal direction in a direction approaching the matrix. When the protrusion 410a is formed on the induction heating coil 410 to reduce the distance from the master, the eddy current flowing through the master increases and the amount of heat generated can be increased.
[0033]
The shape of the protruding portion 410a is preferably designed in advance by measuring the calorific value distribution of the matrix when heated by the conventional apparatus shown in FIG. 7 and referring to the temperature distribution at this time.
That is, as shown in FIG. 7, the induction heating coil is set to be closest to the portion of the matrix where the calorific value is the smallest, and the induction heating coil and the mother are set corresponding to the difference (variation) in the temperature rise of the matrix. When the distance from the mold is determined, the temperature rise (temperature distribution) in the matrix can be made uniform.
[0034]
Therefore, in the press device of the present embodiment, the inclined portions 410b are formed on both sides of the protruding portion 410a in consideration of the difference in the amount of heat generated in the matrix when heated by the induction heating coil shown in FIG.
As described above, the length of the protruding portion 410a and the inclination angles of the inclined portions 410b on both sides thereof are appropriately selected in accordance with the calorific value of the matrix when heated by the induction heating coil shown in FIG. Can be adjusted.
Depending on the combination of the protruding portion 410a and the inclined portion 410b, the portion of the induction heating coil 410 protruding toward the matrix can be formed in a curved shape.
[0035]
On the other hand, since both ends of the matrix 411 have a high rate of temperature rise, the portion of the induction heating coil 410 facing the both ends of the induction heating coil 410 is located farther from the master than the other portions. It is preferable to increase the distance.
[0036]
FIG. 4 shows an example of a press forming apparatus provided with two mother dies in which three forming dies are arranged in a line. When the length of the matrix is reduced in this manner, the tilt of the lens to be formed (tilt of the axis of the upper and lower molds) can be suppressed even when the matrix is warped due to the heat distribution in the vertical direction of the matrix. preferable. Further, by doing so, it is possible to increase the induction heating efficiency in the vicinity of the face where the two matrixes face each other. In this embodiment, the facing surfaces are flat surfaces, and the corners are curved. By doing so, the heating efficiency in the vicinity of the facing surfaces of the two molds is made appropriate.
[0037]
In this press forming apparatus, an induction heating coil 410 is wound around two mother dies 411. In this case, the amounts of heat generated in the two mother dies when heated by the conventional induction heating coil are as shown in FIG. Therefore, the temperature of the matrix is made uniform by forming the protruding portion 410a at a portion of the induction heating coil corresponding to the vicinity of the center of the matrix having the lowest temperature in the matrix.
[0038]
In addition, a press forming apparatus provided with two matrixes in which three molding dies are arranged in a line, for example, as shown in FIG. In a device in which the coils are wound in a positional relationship as shown in the figure, the temperatures at the outer ends of the two masters are the highest, then the temperatures at the inner ends of the two masters are high, and the two mothers have the same temperature. The temperature near the center of the mold is lowest. Therefore, in this case, as shown in FIG. 5, the portion of the induction heating coil 410 that faces the vicinity of the center of the two masters 411 is a protruding portion 410a that comes closest to the master, and between the two masters. May be a protruding portion 410c which comes next to the matrix.
By designing the induction heating coil in this way, it is possible to further uniform the temperature of the mother die.
[0039]
The induction heating coil having the protruding portion formed as described above can be provided on both or one of the upper and lower mother dies.
[0040]
When designing the press forming apparatus according to the present embodiment, it is necessary to pay attention to the following points.
That is, from the viewpoint of heating efficiency, it is preferable to arrange the induction heating coil as close as possible to the master mold as long as there is no problem in workability. However, if the distance is too close, there is a possibility of discharging. For example, when an output of 10 to 50 kW is used, the distance between the inner circumference of the coil and the outer circumference of the matrix (W1 in FIG. 3) is 3 It is preferable to set it to 5 mm.
The distance (W1) between the coil at the portion closest to the master and the master (W1) is the distance (W2) between the coil at the site facing the master except at the center and the width (W2), and 1.5 to 2 times. It is preferable that the relationship between the coil and the matrix at a portion facing both ends of the matrix and the matrix (W3) be 2.5 to 4.5 W1.
[0041]
By configuring the press molding apparatus as described above, for example, if the temperature variation between the molding surfaces of each mold is within 10 ° C., a plurality of uniform optical elements can be molded. Temperature variation is preferably within 5 ° C, more preferably within 3 ° C.
[0042]
[Manufacturing method of glass optical element]
An embodiment of a method for manufacturing a glass optical element according to the present invention using the glass optical element manufacturing apparatus having the above-described configuration will be described.
(A) Heating Step Since the upper and lower molds after the previous molding cycle have been cooled to a temperature near Tg, it is necessary to heat them to a temperature suitable for press molding. That is, an electric current is applied to an induction heating coil wound around the upper mold and the lower mold to generate heat in the upper and lower molds, and the upper and lower molds are heated to a predetermined temperature by this heat conduction. At this time, it is important to minimize the temperature variation among the plurality of molds.
The temperature setting values of the upper and lower molds are usually the same for the upper and lower molds, but a temperature difference may be provided between the upper and lower molds depending on the shape and diameter of the lens to be molded.
Since the upper and lower molds have different heat capacities and often have different heating efficiencies, the number of turns of the high-frequency coil and the output range are determined in consideration of this point.
[0043]
(B) Glass Material Supply Step The glass material conveyed is supplied between the heated upper and lower molds, and is placed on the lower mold. The glass material is supplied by using a glass material that has been preformed into a predetermined shape with an appropriate weight and softened to a viscosity suitable for molding, or a glass material that is lower than the temperature suitable for molding. May be supplied between the upper and lower molds and further heated in the mold.
When the glass material is heated to a temperature higher than the set temperature of the mold in advance and is softened, it is particularly necessary to precisely control the mold temperature. Therefore, it is preferable to carry out the present invention. That is, the protruding portion of the induction heating coil is formed close to a portion where the calorific value of the matrix is small and the temperature is hard to rise, and / or the portion of the induction heating coil facing both ends of the matrix is separated from the matrix. Thus, the heat conducted to the plurality of molds is adjusted so that the temperature difference between the molds is within 10 ° C., preferably within 5 ° C., and more preferably within 3 ° C.
Temperature of the glass material at this time is set to 10 ⁹ poises corresponding temperature below a viscosity, preferably from ¹⁰ 5.5 ^{to 10 7.5} poises equivalent.
When the softened glass material is transferred and placed on the lower mold, the glass material contacts the transfer member, and if a defect occurs on the surface, it affects the surface shape of the optical element to be molded. It is preferable to use a jig that transports the glass material in a state of being floated by the gas and drops the glass material on the lower mold.
[0044]
(C) Pressing step In a state where the upper and lower molds and the glass material are in a predetermined temperature range, and the glass material is heated and softened, the lower mother mold is raised and pressed to transfer the molding surfaces of the upper and lower molds. Then, a glass optical element having a predetermined surface shape is formed. The lower die is raised by operating a driving means (for example, a servomotor). When the glass material is supplied in a heated and softened state, pressurization is performed immediately after the supply.
The upward stroke of the lower mold for pressurization is a value set in advance from the thickness of the optical element to be molded, and is set to an amount determined in consideration of the amount of heat shrinkage of the glass in the subsequent cooling step. The pressurization schedule can be set arbitrarily according to the shape and size of the optical element to be molded.After the initial pressurization, the load is released, and then the secondary pressurization is performed. A pressurizing method can also be adopted.
[0045]
(D) Cooling / Release Step While maintaining the pressure or reducing the pressure, the molded glass optical element is kept in close contact with the molding die, and the temperature of the glass reaches 10 ¹² poise. After cooling down, release. The release temperature is preferably set to 10 ^12.5 to 10 ^13.5 poise or lower.
[0046]
(E) Removal Step The molded glass optical element is automatically removed by a removal arm or the like provided with a suction member.
[0047]
Next, results of an example in which a glass optical element was manufactured using the molding apparatus and the manufacturing method of the present invention and a result of a comparative example will be described.
[Example 1]
Glass lenses were molded using the mold press molding apparatus shown in FIGS. The forming die in the press forming apparatus of the present embodiment is made of SiC, the forming surface of which is coated with a carbon-based film, and the matrix is made of a tungsten alloy. The upper mold is fixed to a top plate of a molding chamber via a support, and the lower mold is fixed to a drive shaft for allowing vertical movement and pressurization via the support. Further, an induction heating coil for heating the molding die is wound around the elongate mother die.
Here, the distance (W1) between the vicinity of the center of the matrix in the longitudinal direction and the protrusion of the induction heating coil is 5 mm, the distance (W2) between the master and the induction heating coil in other portions is 10 mm, and the protrusion and the mother The distance (W1) from the mold was made 5 mm smaller than the distance (W2) in other parts. Further, at both ends in the longitudinal direction of the matrix, the distance (W3) between the matrix and the induction heating coil was 17 mm. When a high-frequency current was passed through the induction heating coil, the vicinity of the surface of the matrix was induction-heated, and heat conduction occurred from this portion to heat each mold. A control thermocouple is inserted into the matrix, and heating control is performed based on the measured temperature value.
In this example, a dummy mold was inserted instead of the upper mold, and a thermocouple was inserted into the dummy mold to measure the temperature at the position of the upper mold. FIG. 6 shows the mold temperature at the start of the press together with the comparative example under the conditions of a press temperature of 570 ° C., a mold release temperature of 450 ° C., and a cycle time of 110 seconds. Although the cycle time was short, the maximum temperature difference of each type was 7 ° C. or less.
[0048]
Next, a concave meniscus lens having an outer diameter of 15 mm was formed using a glass preform (spherical) made of barium borosilicate glass (Tg: 510 ° C., Ts: 545 ° C.) using the above forming apparatus. The preform was previously coated with a carbon-based film. The preheating temperature of each of the upper and lower molds was set to 580 ° C. (corresponding to a glass viscosity of ^108.3 poise) in a nitrogen gas atmosphere chamber.
On the other hand, six preforms preheated to 610 ° C. while floating (equivalent 10 ^7.5 poise of glass viscosity) on a floating fixture, by fall supplied onto the lower mold, thereby immediately increasing the lower die Press molding was started. Initial pressure was applied at a pressure of 120 kg / cm ^{2 to} a thickness of about 70 μm thicker than the final thickness, and pressure was reduced to 20 kg / cm ^2, and at the same time, a cooling process was started. The pressure was increased to 70 kg / cm ² when it was cooled to around Ts, and when the temperature of the upper and lower dies dropped to 500 ° C., the lower mold was lowered and released, and the pressed product was taken out by a take-out means. The molding cycle time was set to 120 seconds, and the above-described operation of increasing the temperature, supplying, pressing, cooling and releasing the mold was repeated, and 300 continuous presses were performed. With this press, 1800 lenses were obtained.
The surface accuracy of the obtained lens is shown below.
[0049]
[Table 1]

[0050]
[Comparative example]
The press molding apparatus was driven under the same conditions as in Example 1 except that the upper and lower molds having the shape shown in FIG. 7 and a coil (the induction heating coil was wound around the mother mold at an equal distance of 10 mm) were used. . That is, FIG. 6 shows the result of measuring the temperature of the upper dummy mold under the same conditions as in Example 1. The maximum temperature difference was 26 ° C., which was three times or more that of Example 1.
Pressing was performed under the same preform and pressing conditions as in Example 1. The lens thickness and surface accuracy of six lenses pressed at a time are shown below. The lenses pressed at positions A and F resulted in poor surface accuracy.
[0051]
[Table 2]

[0052]
[Example 2]
A concave meniscus lens having an outer diameter of 18 mm was pressed with the same glass material as in Example 1. Here, the press device shown in FIG. 4 was used.
That is, each matrix was obtained by dividing a matrix having the shape shown in FIG. 2 into two, and arranging three molds in a line. The induction heating coil used had a shape such that it approached the matrix near the center in the longitudinal direction of each matrix. The same material as in Example 1 was used as the material for the molding die and the mother die.
Here, the interval between the two masters is 3 mm, the distance (W1) between the vicinity of the center of each master in the longitudinal direction and the protruding portion of the induction heating coil is 4 mm, and the distance between the master and the induction heating coil in other portions is 4 mm. The distance (W2) was set to 10 mm, and the distance (W1) between the protrusion and the matrix was reduced by 5 mm from the distance (W2) in other parts. Further, at both ends in the longitudinal direction of the matrix, the distance (W3) between the matrix and the induction heating coil was 12 mm.
A glass preform flattened spherical shape which is formed by hot (10 ^8.0 poise of glass viscosity) 600 ° C. The preheating temperature of the upper and lower molds corresponding with, and the preform preheating temperature 630 ° C. (10 7 a glass ^{viscosity. (} Equivalent to ⁰ poise), and continuous pressing was performed 300 times continuously at a setting of a release temperature of 500 ° C. and a cycle time of 130 seconds. As a result, as shown below, 1,800 lenses having good surface accuracy were obtained.
[0053]
[Table 3]

[0054]
In the induction heating coil used this time, the shape of the part approaching the matrix is linear, but it is also possible to make this part an arc.
[0055]
According to the mold press molding apparatus of the present invention, it has been found that the nonuniform temperature environment generated in the molding dies near the center in the longitudinal direction and the molding dies near both ends can be eliminated. Further, according to the optical element manufacturing method using this apparatus, it is possible to offset uneven temperature environment among a plurality of molds for performing a plurality of simultaneous presses and perform a plurality of simultaneous press moldings under uniform heat conditions. Became possible.
[0056]
Furthermore, in the prior art, in the molding die arranged near the center in the longitudinal direction of the mother die, when the molding cycle time is shortened, heating by heat conduction from both ends in the longitudinal direction is insufficient, so that the molding surface is not formed. As a result, the heating efficiency is high in the apparatus of the present invention. Therefore, even if the molding cycle time is shortened, both the longitudinal direction and the lateral direction of the matrix (a plurality of molding dies) can be obtained. , It was found that soaking could be achieved, and as a result, both ass and habits were suppressed.
[0057]
According to such a mold press molding apparatus and a method of manufacturing an optical element using the apparatus, it has been found that uniform performance can be obtained even in a concave meniscus lens or the like having a high degree of difficulty in obtaining surface accuracy.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to equalize the temperature of the mold supported by the mother die, and particularly in the case of taking a plurality of molds with a plurality of molds, an optical element having uniform performance can be manufactured with high productivity. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of a mold press molding apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic plan view of the press device in FIG.
FIG. 3 is a schematic side sectional view of the press device shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic plan view of another example of a press device.
FIG. 5 is a schematic plan view of still another example of the press device.
FIG. 6 is a graph showing the result (temperature distribution) of Example 1 of the present invention and the result (temperature distribution) of Comparative Example.
FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of a conventional press device.
FIG. 8 is a schematic plan view showing another example of a conventional press device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical glass manufacturing apparatus 20 Heating chamber 40 Molding chamber 41 Press apparatus 410 High

frequency induction coil

410a, 410c Projecting part 410b Inclined part 411a,

411b Mold

413a, 413b Mold

Claims

In a mold having a heating element that generates heat by induction heating, a plurality of molding dies arranged in the heating element, and a mold press molding apparatus having an induction heating coil wound around the matrix.
The heating element is formed in a long shape, and the plurality of molds are arranged in a line in a longitudinal direction of the heating element,
A mold press forming apparatus, wherein a protruding portion which is closer to the heating element than another portion is formed at a predetermined position of the induction heating coil facing a predetermined position in the longitudinal direction of the heating element.

2. The mold press forming apparatus according to claim 1, wherein the protrusion of the induction heating coil is formed in a shape corresponding to the amount of heat generated by the heating element.

A method for manufacturing an optical element, comprising simultaneously pressing a plurality of forming materials using the mold press forming apparatus according to claim 1.

The plurality of molding elements are glass optical elements,
This glass optical element, heated to a temperature higher than the temperature of the mold of the mold press device,
4. The method of manufacturing an optical element according to claim 3, wherein the plurality of glass optical elements are simultaneously supplied to the plurality of molds and press-molded simultaneously.

5. The method of manufacturing an optical element according to claim 3, wherein a temperature distribution on each molding surface of the plurality of molds during the press molding is set to 10 ° C. or less.