JP2004331471A - 光学素子の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の加圧成形における成形精度を向上させる。
【解決手段】ガラス素材である被成形素材１２は該ガラス素材自身の屈伏点温度よりも高い温度に加熱されて軟化している。ＰＬＣ５は下型１１を上昇させて下型１１と上型８とでこの被成形素材１２を加圧し、その肉厚を光学素子として所望されている肉厚よりも厚い肉厚である設定肉厚とする。その後、ＰＬＣ５はこの加圧を維持しつつ、ヒータ３の動作を制御して被成形素材１２を前述した屈伏点温度以下であって且つ該ガラス素材自身の転移点温度以上に冷却するまでに被成形素材１２の肉厚を所望の肉厚に成形する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ等の光学素子の製造技術に関し、特に、光学素子の加圧成形による製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス素材である被成形素材を加熱して軟化させた状態で加圧成形して光学素子を製造する技術において、一旦加圧成形を行った後の冷却工程での成形体の熱収縮に起因して発生するヒケ等による成形精度の低下を抑制するために、冷却工程においても成形体へ加圧を行う技術が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１や特許文献２には、熱膨張係数の高い第一の胴型と高温下ではこの第一の胴型よりも上下間の高さが低い第二の胴型とを上下型の間に配置しておき、被成形素材が軟化状態にある高温の成形温度下で第一の胴型に上下型を当接させながら被成形素材を加圧し、その後上下型での加圧を継続しながら冷却することで第一の胴型が熱収縮する結果上下型の間隔が狭まり、やがて第二の胴型に上下型が当接して所望形状の成形を完了させるという手法が開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献３には、各々独立して上下方向に移動可能な上下型を用意し、成形温度下では下型の位置を固定しつつ上型をスペーサが当接する所定位置まで降下させて第一の所定圧力での加圧を行い、その後の冷却工程では上型をその所定位置で固定しつつ下型を上昇させることにより第二の所定圧力での加圧を行って所望形状の成形を完了させるという手法が開示されている。
【０００５】
更に、例えば特許文献４には、転移点以上軟化点以下の成形温度に加熱しておいた被成形素材を下型から加圧して成形するときに、まず、サーボモータによって位置が制御される下型を最終型閉じ状態の若干手前の設定位置に移動させてからトルク制御を開始して被成形素材を第一の所定圧力で加圧し、その後下型からの微少な圧力での加圧を継続して被成形素材の形状を保持しつつ冷却を開始し、転移点近くの温度となってからは転移点に達するまでこの被成形素材を第二の所定圧力で下型から加圧して所望形状の成形を完了させるという手法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２５６０２５号公報
【特許文献２】
特開２００２−２９７６３号公報
【特許文献３】
特開平６−１６４３２号公報
【特許文献４】
特許第３１４３５７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１や特許文献２に開示されている手法では、被成形素材の熱収縮量が第二の胴型の熱収縮量を上回っている場合、例えば肉厚の厚い光学素子の成形を行うなどの場合には被成形素材の成形型からの離型が冷却工程において発生し、光学素子の成形精度の低下の要因となることが考えられる。
【０００８】
また、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている手法では、成形温度下での加圧の後に行われる冷却工程の途中において温度に応じた成形体の形状の変形量の制御を行っていないため、最終的に形成される光学素子の個々の性能が冷却工程における冷却速度のばらつき等によってばらついてしまうことが考えられる。
【０００９】
更に、前述した特許文献４に開示されている手法では、成形温度下での加圧の後に行われる冷却工程において転移点近くの温度となるまで継続される成形型での加圧が微少なプレス力で行われるため、被成形素材の熱収縮量が大きい場合、例えば肉厚の厚い部分を含む光学素子の成形を行うなどの場合には冷却工程における温度低下の不均一によりいわゆるヒケが成形体に発生してしまうことが考えられる。このヒケを防止するためには例えば被成形素材の冷却速度を遅くすることが有効ではあるが、冷却速度を減速させることは光学素子の生産効率の低下を招くこととなる。
【００１０】
このようなヒケを打ち消すために、後に行う最終的な加圧成形で例えば加圧のプレス力を更に高める、あるいは長い時間をかけて加圧するといった手法を採ることができる。しかし、加圧のプレス力を高め過ぎた場合には形成される光学素子の内部応力が不均一に残留して光屈折率が不均一となり、光学素子の性能の低下を来たすことが考えられる。また、加圧時間を長くすることは結局光学素子の生産効率の低下を招くこととなる。
【００１１】
また、この特許文献４に開示されている手法では成形温度下での加圧時における下型の絶対位置の制御をサーボモータによって行っているため、上下型の熱変形や該上下型を保持している軸の熱変形によって最終的に形成される光学素子の成形精度が低下してしまうことが考えられる。
【００１２】
本発明は上述した問題を鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、光学素子の加圧成形における成形精度を向上させることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様のひとつである光学素子の成形方法は、被成形ガラス素材自身の屈伏点温度よりも高い温度に加熱されて軟化している該素材を成形型で加圧して該素材の肉厚を光学素子として所望されている肉厚よりも厚い肉厚である設定肉厚とする加圧工程と、該被成形ガラス素材への該加圧を維持しながら該素材を該屈伏点温度以下であって且つ該素材自身の転移点温度以上に冷却するまでに該素材の肉厚を該所望されている肉厚に成形する冷却成形工程とを含むものであり、この方法を使用することによって前述した課題を解決する。
【００１４】
この方法によれば、被成形ガラス素材への加圧を維持しながら上述した温度に冷却するまでに該素材を所望の肉厚に成形するので、ヒケの発生が防止される結果、成形精度が向上する。
なお、上述した本発明に係る光学素子の成形方法における冷却成形工程においては、前記被成形ガラス素材の温度が前記屈伏点温度と前記転移点温度との中間以下の温度に達したときに該素材の温度を保持しながら該素材前記所望の肉厚に成形するようにすることができる。
【００１５】
後述する実験の結果により、こうすることによって成形精度を顕著に向上させることができる。
また、前述した本発明に係る光学素子の成形方法における冷却成形工程においては、対向している前記成形型間の距離に基づいて前記被成形ガラス素材の冷却の速度を制御するようにすることができる。
【００１６】
こうすることにより、被成形ガラス素材自体のばらつきや成形装置周囲の温度のばらつき等によって該素材を所望の肉厚に成形するまでに要する時間のばらつきを抑制することが可能となる結果、成形された光学素子の光学特性のばらつきが少なくなる。
【００１７】
また、前述した本発明に係る光学素子の成形方法における冷却成形工程においては、前記被成形ガラス素材が前記所望されている肉厚に成形されたときに、該素材のそのときの温度と前記成形型のそのときの位置とを所定時間保持するようにすることができる。
【００１８】
こうすることにより、成形された光学素子に残存すると光学特性の劣化要因となる被成形ガラス素材内部の歪みが解放される。
また、前述した本発明に係る光学素子の成形方法において、前記加圧工程における前記加圧の圧力を１０メガパスカル以上４０メガパスカル以下とするようにすることができる。
【００１９】
後述する実験の結果により、こうすることによって成形精度を顕著に向上させることができる。
また、前述した本発明に係る光学素子の成形方法における加圧工程において、前記被成形ガラス素材の肉厚が前記設定肉厚になったことの判定は、前記成形型の位置を検出するセンサの出力に基づいて行われるようにすることができる。
【００２０】
こうすることにより、直接の検出が困難である被成形ガラス素材の肉厚が設定肉厚になったことの検出が可能となる。
また、前述した本発明に係る光学素子の成形方法における冷却成形工程において、前記被成形ガラス素材の肉厚が前記所望されている肉厚に成形されたことの判定は、対向している一対の前記成形型の当接の検出に基づいて行われるようにすることができる。
【００２１】
こうすることにより、直接の検出が困難である被成形ガラス素材の肉厚が所望の肉厚に成形されたことの検出が可能となる。
また、前述した本発明に係る光学素子の成形方法において、該光学素子は三角柱状のガラスプリズムであり、前記加圧工程では、円柱形状である前記被成形ガラス素材の円筒面を加圧するようにすることができる。
【００２２】
こうすることにより、型とガラスの間に空気をまきこむことなく、三角柱状のプリズムを成形することができる。
本発明の別の態様のひとつである光学素子の成形装置は、加熱軟化している被成形ガラス素材を加圧して成形する対向している成形型と、対向している該成形型の位置関係に基づいて該被成形ガラス素材の温度を制御する温度制御手段と、を有するものであり、この装置を使用することによって前述した課題を解決する。
【００２３】
この装置によれば、温度制御手段が対向している成形型の位置関係に基づいて被成形ガラス素材の温度を制御することで、前述した本発明に係る光学素子の成形方法をこの装置を使用して実施することができる。従って、この装置を使用することにより、成形される光学素子の成形精度が向上する。
【００２４】
なお、上述した本発明に係る光学素子の成形装置において、前記温度制御手段は、前記被成形ガラス素材自身の屈伏点温度よりも高い温度から該屈伏点温度以下であって且つ該素材自身の転移点温度以上となるまで該素材の温度を制御するようにすることができる。
【００２５】
この構成によれば、前述した本発明に係る光学素子の成形方法における冷却成形工程においての被成形ガラス素材の温度制御を自動化することができる。
また、前述した本発明に係る光学素子の成形装置において、前記対向している成形型が当接したことを検出する型当接検出手段を更に有するようにすることができる。
【００２６】
この構成によれば、対向している成形型が当接したときに被成形ガラス素材が前述した所望の肉厚となるようにしておくことにより、前述した本発明に係る光学素子の成形方法における冷却成形工程の完了の検出が可能となる。
なお、この型当接検出手段は例えば安価な接触センサとすることができる。
【００２７】
また、前述した本発明に係る光学素子の成形装置において、前記対向している成形型の間の距離が所定の間隔にまで接近したことを検出する型接近検出手段を更に有するようにすることができる。
この構成によれば、対向している成形型の間の距離が上述した所定の間隔であるときに被成形ガラス素材が前述した設定肉厚となるようにしておくことにより、前述した本発明に係る光学素子の成形方法における加圧工程の完了の検出が可能となる。
【００２８】
なお、この型接近検出手段として接触センサを用いることにより、成形型の位置制御をサーボモータによって行う場合に比べ、成形型等の熱変形による位置検出精度の低下を少なくすることができる。
また、前述した本発明に係る光学素子の成形装置において、前記温度制御手段は、前記被成形ガラス素材の冷却の速度を制御するようにすることができる。
【００２９】
この構成によれば、被成形ガラス素材自体のばらつきや成形装置周囲の温度のばらつき等によって該素材を所望の肉厚に成形するまでに要する時間のばらつきを抑制することが可能となる結果、成形された光学素子の光学特性のばらつきが少なくなる。
【００３０】
また、前述した本発明に係る光学素子の成形装置において、対向している成形型の間の距離を測定する距離測定手段を更に有するようにすることができる。
この構成によれば、温度制御手段が距離測定手段の測定結果に基づいてガラス素材の温度を制御することができるようになる。
【００３１】
なお、この距離測定手段は例えば位置検出精度の高いリニアスケールとすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る成形装置の構造を示している。
図１において、成型室１にはヒータ３が設置されており、成型室１を囲んでいる外覆部２には水冷パイプ４が埋め込まれている。ヒータ３が動作すると成型室１は加熱され、また不図示のポンプを動作させて水冷パイプ４内に水を流すと成型室１は冷却される。プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）５はこのヒータ３及びポンプの動作を制御することによって成型室１を所定の温度に加熱・冷却することができ、更に、成型室１の温度変化の速度を変化させることもできる。
【００３３】
成型室１内には、固定軸７に取り付けられている固定側型板６と、移動軸１０に取り付けられている稼動側型板９とが備えられている。ここで、固定側型板６及び固定軸７が移動することはないが、移動軸１０は不図示の駆動装置を動作させることによって固定側型板６と近づく方向若しくは遠ざかる方向に移動し、この移動に応じて稼動側型板９もその方向に移動する。なお、ＰＬＣ５はこの駆動装置の動作の制御も行い、稼動側型板９を上述した方向へ移動させること、及び所望の位置で停止した状態を維持することができる。
【００３４】
固定側型板６には上型８が取り付けられており、稼動側型板９には下型１１が上型８に対向して取り付けられている。図１では円柱形状にプリフォームされているガラス素材である被成形素材１２が下型１１の成形面上に載置されている。この後、ヒータ３を動作させて被成形素材１２を加熱軟化させた状態とし、前述した駆動装置を動作させて下型１１を上方へ移動させて対向している上型８の成形面と下型１１の成形面とが当接するまで被成形素材１２の円筒面を加圧（プレス）し、その後に被成形素材１２を冷却硬化させることにより光学素子が成形される。
【００３５】
なお、図１に図示されている上型８と下型１１との成形面の形状を参照すると分かるように、このときに形成される光学素子は側面の一つが凹面を呈している三角柱状のガラスプリズム（一面球面プリズム）となる。本実施形態において被成形素材１２として円柱形状にプリフォームされているものを使用するのは、型とガラスの間に空気をまきこむことなく、三角柱状のプリズムを成形することができるからである。
【００３６】
稼動側型板９に設けられている型当接検出接点１３とこれに対向して固定側型板６に設けられている固定側型板接点Ａ１４とは接触センサを構成しており、上型８と下型１１との当接を検出する。下型１１が上昇して上型８と下型１１とが当接すると型当接検出接点１３と固定側型板接点Ａ１４とが接触して短絡し、電池Ａ１５からリレーＡ１６内のコイルに電流が流れる。このときコイルに生じる磁力によってリレーＡ１６内の２つの接点が接触することでこの各接点とＰＬＣ５とを各々接続している２本の電線が導通するので下型１１が上型８と当接する位置に達したことがＰＬＣ５によって検出される。
【００３７】
また、稼動側型板９に設けられている型近接検出接点１７とこれに対向して固定側型板６に設けられている固定側型板接点Ｂ１８とでも接触センサを構成しており、上型８と下型１１との間の距離が所定の間隔まで接近したことを検出する。上型８と下型１１とが所定の間隔まで接近すると型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８とが当接して短絡し、電池Ｂ１９からリレーＢ２０内のコイルに電流が流れる。このときコイルに生じる磁力によってリレーＢ２０内の２つの接点が接触することでこの各接点とＰＬＣ５とを各々接続している２本の電線が導通するので下型１１が上型８から所定の間隔だけ離れた位置に達したことがＰＬＣ５によって検出される。
【００３８】
なお、型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８とが当接した後に更に上型８と下型１１とを接近させると、稼動側型板９から突き出た所定位置に型近接検出接点１７を保持しているコイルばね２１が圧縮されて型近接検出接点１７が稼動側型板９の内部に収容されるので、上型８と下型１１とを当接させることができる。
【００３９】
変位センサ２２は、上型８と下型１１との間の距離を測定してその値をＰＬＣ５へ与えるセンサであり、ここでは位置検出に用いられるリニアスケールを使用する。
次に、図１に示した成形装置を用いて行う、本発明を実施する光学素子の成形方法の手順について説明する。
【００４０】
まず図２について説明する。同図は図１に示した成形装置の制御の様子を示した図である。同図に示すグラフは、上から順に、被成形素材１２の温度変化、上型８と下型１１とによる被成形素材１２へのプレス圧力の変化、下型１１の位置の変化を示しており、横軸は時間の経過を示している。なお、本実施形態においては、被成形素材１２に対する加熱・冷却・加圧及び下型１１の位置の制御についてはＰＬＣ５に行わせる。
【００４１】
図２に示す工程を開始する前に、下型１１を下降させておき、被成形素材１２を下型１１の成形面に載置する。なお、このときの下型１１の位置が「変位０」の位置となる。また、このときには被成形素材１２は上型８に接していないので、プレス力は当然「０」である。
【００４２】
まず、図２の（ａ）の期間（窒素置換期間）において、後の工程での被成形素材１２の酸化を防止するため、成型室１内に窒素を送り込んで空気（酸素）を排出する。
成型室１内が充分な窒素雰囲気となったならば、制御は（ｂ）の期間（加熱期間）に移り、ＰＬＣ５はヒータ３を動作させて成型室１を加熱して屈伏点温度Ａｔよりもやや高い温度Ｔａにする。ここで、屈伏点温度とは、被成形素材１２であるガラス素材を加熱したときに熱膨張が起こらなくなり、それ以上に加熱すると逆に収縮が始まる温度をいう。
【００４３】
（ｂ）の期間に移ってから成型室１の温度がＴａに達したとみなせる程度に十分な時間が経過したら、制御は（ｃ）の期間（均温期間）に移り、ＰＬＣ５はヒータ３の動作を制御してこのときの温度Ｔａを維持し、被成形素材１２が全体に渡って温度Ｔａで均一となるようにする。
【００４４】
（ｃ）の期間に移ってから被成形素材１２が全体に渡って温度Ｔａとなったとみなせる程度に十分な時間が経過したら、制御は（ｄ）の期間（充填期間）に移り、ＰＬＣ５はヒータ３の動作制御を継続してこのときの被成形素材１２の温度をＴａで維持しながら不図示の駆動装置の動作を開始させて下型１１を上昇させ、下型１１と上型８とで被成形素材１２を一定のプレス圧Ｐａで加圧して変形させる。
【００４５】
この加圧によって被成形素材１２の変形が進むと、稼動側型板９が固定側型板６へ徐徐に接近し、やがて型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８とが当接する。図２では型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８とが初めて当接したときの下型１１の位置を「変位Ａ」と示している。なお、このときの被成形素材１２は完成品である光学素子として所望されている形状とはなっておらず、その所望されているものよりも厚い肉厚（前述した設定肉厚）となっている。
【００４６】
この当接が検出されると制御は（ｅ）の期間（第一徐冷期間）に移り、ＰＬＣ５は被成形素材１２に対するプレス圧Ｐａでの加圧を維持しながら、ヒータ３の動作を制御して成型室１の加熱量を徐徐に低下させる。すると、被成形素材１２は徐冷されてその温度がＴａから屈伏点温度Ａｔを下回って徐徐に低下するので熱膨張による下型１１と上型８とを押す力が弱まる結果、下型１１の位置は「変位Ａ」から更に上昇する。
【００４７】
その後、成型室１の加熱量を低下させ続けて被成形素材１２の熱膨張による力の減少が更に進み、上昇を続ける下型１１の位置が図２における「変位Ｂ」に達すると、下型１１と上型８との当接が型当接検出接点１３と固定側型板接点Ａ１４との短絡によってＰＬＣ５で検出される。この下型１１と上型８とが当接したときの被成形素材１２の形状は完成品である光学素子として所望されている肉厚・形状となっている。
【００４８】
なお、この当接が生じるときにおける被成形素材１２の温度が屈伏点温度Ａｔ以下であって且つ転移点温度Ｔｇ以上の範囲に含まれるように、予め型近接検出接点１７の稼動側型板９からの突き出し量を設定しておくようにする。ここで、転移点温度とは、被成形素材１２であるガラス素材を加熱したときに弾性状態から粘弾性状態へと転移する温度域を表す値であり、具体的には、ガラス素材が弾性状態にあるときの温度変化に対する熱膨張の割合を示す熱膨張直線と、そのガラス素材が粘弾性状態にあるときの温度変化に対する熱膨張の割合を示す熱膨張直線との交点の温度をいう。従って、下型１１と上型８とが当接したときには、被成形素材１２は粘弾性状態にあるといえる。
【００４９】
下型１１と上型８との当接が検出されると制御は（ｆ）の期間（歪除去期間）に移り、ＰＬＣ５はヒータ３の動作を制御して成型室１の加熱量をやや増加させて被成形素材１２を下型１１と上型８とが当接したときの温度Ｔｂで維持すると共に、不図示の駆動装置の動作を制御して被成形素材１２を前述したプレス圧Ｐａよりも小さなプレス圧Ｐｂで加圧し続けて下型１１と上型８とが当接している状態を維持するようにする。この工程により、成形された光学素子に残存すると光学特性の劣化要因となる被成形素材１２内部の歪みが解放される。
【００５０】
（ｆ）の期間に移ってから被成形素材１２内部の歪みが解放されたとみなせる程度に十分な時間が経過したら、制御は（ｇ）の期間（第二徐冷期間）に移り、ＰＬＣ５はヒータ３の動作を制御して成型室１の加熱量を再び徐徐に低下させることによって被成形素材１２を徐冷し、その温度が転移点温度Ｔｇを下回るものとなるようにする。なお、このときも下型１１と上型８との当接状態を維持するが、被成形素材１２の温度を低下させることによって熱膨張による下型１１と上型８とを押す力も徐徐に弱まるので、これに応じて下型１１と上型８との当接状態を維持するためのプレス圧を前述した値Ｐｂから徐徐に小さくするように不図示の駆動装置の動作を制御する。
【００５１】
（ｇ）の期間に移ってから被成形素材１２の温度が転移点温度Ｔｇを下回ったとみなせる程度に十分な時間が経過したら、制御は（ｈ）の期間（急冷期間）に移り、ＰＬＣ５はヒータ３の動作を停止させると共に、不図示のポンプを動作させて水冷パイプ４内に水を流して成型室１を急速に低下させることで被成形素材１２を急冷する制御を行う。このときも下型１１と上型８との当接状態を維持するべく、被成形素材１２の有する弾性を維持する程度のごく弱いプレス圧で加圧し続ける。
【００５２】
その後、（ｈ）の期間に移ってから被成形素材１２の温度が取出可能な程度にまで冷却されたとみなせる程度に十分な時間が経過したら、制御は（ｉ）の期間に移り、ＰＬＣ５は不図示のポンプの動作を制御して水冷パイプ４内の水を排出する。続いて制御は（ｊ）の期間に移り、不図示の駆動装置の動作を制御して下型１１を初期の位置である「変位０」の位置まで下降させ、光学素子に成形された被成形素材１２の取り出しを行って一連の成形を完了する。
【００５３】
以上の手順が本発明を実施する光学素子の成形方法である。なお、上述した成形方法を実施する場合には図１に示した変位センサ２２は必ずしも必要ではない。
ところで、前述した成形方法での第一徐冷期間（図２の（ｅ）の期間）における被成形素材１２の徐冷では、予め型近接検出接点１７の稼動側型板９からの突き出し量を設定しておくことで、下型１１と上型８との当接が生じるときにおける被成形素材１２の温度Ｔｂが屈伏点温度Ａｔ以下であって且つ転移点温度Ｔｇ以上の範囲に含まれるようにしていた。しかし、この制御においては、被成形素材１２の変形の程度とは無関係にその温度を低下させるため、被成形素材１２自体のばらつきや成形装置周囲の温度のばらつき等により、型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８とが当接してから下型１１と上型８とが当接するまでの時間にばらつきが生じることがある。このばらつきは、成形時のサイクルタイムがばらつく原因となり、成形後の光学素子の光学特性がばらつく原因となり得るものである。この問題に対処するためには、被成形素材１２の変形の程度に基づいて被成形素材１２の冷却の速度を制御するとよい。以下、この制御の手法について、図３を参照しながら説明する。
【００５４】
図３は、図２に示した制御の様子のうち、（ｅ）の期間（第一徐冷期間）の付近における被成形素材１２の温度変化（点Ｃから点Ｄにかけての温度変化）と下型１１の位置の変化（変位Ａから変位Ｂにかけての位置の変化）とを拡大して示したものである。
【００５５】
図３の（１）は、被成形素材１２の温度変化の速度がばらついている場合を示しており、同図のＡ点において型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８との当接が検出されることによってＰＬＣ５がヒータ３の動作を制御して成型室１の加熱量を一定の割合で低下させているにも拘らず、被成形素材１２の温度低下の速度がばらつく（図におけるグラフＣ→Ｄ−１の変化からグラフＣ→Ｄ−２の変化までの範囲でばらつく）結果、下型１１と上型８との当接の時刻が同図のＢ−１点からＢ−２点までの範囲でばらついてしまい、第一徐冷期間の長さも（ｅ）−１から（ｅ）−２までばらついてしまっている。
【００５６】
そこで、このような場合に対処すべく、ＰＬＣ５は型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８との当接が検出されたときに、変位センサ２２に下型１１と上型８との間の距離の測定を開始させ、その測定結果を変位センサ２２から逐次取得する。また、ＰＬＣ５には、型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８との当接から下型１１と上型８とが当接するまでの期間における、下型１１と上型８との間の距離と、型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８との当接からの経過時間との適切な関係が示されているテーブルデータを予め用意しておくようにする。
【００５７】
ここで、型近接検出接点１７と固定側型板接点Ｂ１８との当接からある時間が経過したときに変位センサ２２によって測定された下型１１と上型８との間の距離が上述したテーブルデータに示されている距離よりも近いときには、ＰＬＣ５はヒータ３の動作を制御して成型室１の加熱量を低下させる割合を少なくして被成形素材１２の温度低下の速度を緩やかにする。一方、このときに変位センサ２２によって測定された下型１１と上型８との間の距離が上述したテーブルデータに示されている距離よりも遠いときには、ＰＬＣ５はヒータ３の動作を制御して成型室１の加熱量を低下させる割合を大きくして被成形素材１２の温度低下の速度を急にする。つまり、下型１１と上型８との間の距離を被成形素材１２の変形の程度とみなし、この距離に基づいた被成形素材の冷却の速度の制御をＰＬＣ５に行わせるのである。
【００５８】
このようにすることにより、被成形素材１２の温度変化の速度を図３（２）に示されているように一定（図におけるグラフＣ→Ｄの変化）とすることができるようになる結果、下型１１と上型８との当接の時刻を常に同図のＢ点とし、第一徐冷期間の長さを（ｅ）に安定させることができるようになり、前述したばらつきに起因するサイクルタイムのばらつきによる成形後の光学素子の光学特性のばらつきが抑制される。
【００５９】
上述した本発明に係る成形方法を実施したときの実験データを図４に示す。
図４において、（１−１）及び（１−２）は充填期間（図２の（ｄ）の期間）における被成形素材１２への加圧におけるプレス圧Ｐａを変化させた実験のデータ、（２−１）及び（２−２）は歪除去期間（図２の（ｆ）の期間）における被成形素材１２への加圧におけるプレス圧Ｐｂを変化させた実験のデータ、そして（３−１）及び（３−２）は歪除去期間（図２の（ｆ）の期間）において保持する被成形素材１２の温度Ｔｂを変化させた実験のデータをそれぞれ示しており、（４）はこれらの実験における測定対象を説明するための図である。
【００６０】
まず実験条件について説明する。
この実験は、７．５×７．５×１２．０［ｍｍ］の一面球面プリズムを上述した成形方法により製造するものであり、各条件の下で製造された１００個のプリズムのうち良品と判定されたものの個数を計数するというものである。
【００６１】
この実験では、被成形ガラス素材として、転移点温度Ｔｇ＝５０６℃、屈伏点温度Ａｔ＝５３８℃のものを使用した。
ここで、プリズムの良否判定については、図４（４）に示す測定面におけるＰＶ値が０．２μｍ以下のものを良品とすることとした。ＰＶ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ｖａｌｌｅｙ）値とは測定面におけるその面の法線方向への設計値からのずれ量を示している。また、プリズムの良否判定の対象として、図４（４）に示す面、すなわち下型１１によって形成される面のうち平面である方を測定面として選択したのは、実験条件の影響がこの面に最も顕著に現れるからである。
【００６２】
まず（１−１）及び（１−２）について説明する。（１−１）に示すグラフは、横軸はプレス圧Ｐａの大きさ、縦軸はＰＶ値を示しており、Ｐａをある値としたときの各プリズムのＰＶ値の平均値並びに最大値及び最小値を示している。また、（１−２）に示す表は、Ｐａをある値としたときに製造された１００個のプリズムのうち前述した良否判定条件に基づいて良品と判定されたものの個数を示している。
【００６３】
この（１−１）及び（１−２）を参照すると、Ｐａの値を１０ＭＰａ（メガパスカル）から４０ＭＰａの間とすると製造されたプリズムのうち９０％以上が良品となり、その範囲外の場合における良品率と比べて際立って優れた結果が得られることが判明した。ここで、Ｐａがこの値の範囲を下回るとヒケが多く発生するようになり、Ｐａがこの値を上回ると焼きつきが多く発生するようになった。
【００６４】
次に（２−１）及び（２−２）について説明する。（２−１）に示すグラフは、横軸はプレス圧Ｐｂの大きさ、縦軸はＰＶ値を示しており、Ｐｂをある値としたときの各プリズムのＰＶ値の平均値並びに最大値及び最小値を示している。また、（２−２）に示す表は、Ｐｂをある値としたときに製造された１００個のプリズムのうち前述した良否判定条件に基づいて良品と判定されたものの個数を示している。
【００６５】
この（２−１）及び（２−２）を参照すると、Ｐｂの値についても１０ＭＰａから４０ＭＰａの間とすると製造されたプリズムのうち９０％以上が良品となり、その範囲外の場合における良品率と比べて際立って優れた結果が得られることが判明した。ここで、Ｐｂがこの値の範囲を下回るとヒケが多く発生するようになり、Ｐｂがこの値を上回ると焼きつきが多く発生するようになった。
【００６６】
以上のことから、Ｐａ及びＰｂの値はいずれも１０ＭＰａから４０ＭＰａの間とすることが光学素子の成形精度の向上の点において好ましいといえる。
次に（３−１）及び（３−２）について説明する。（３−１）に示すグラフは、横軸は保持温度Ｔｂの値、縦軸はＰＶ値を示しており、Ｔｂをある値としたときの各プリズムのＰＶ値の平均値並びに最大値及び最小値を示している。また、（３−２）に示す表は、Ｔｂをある値としたときに製造された１００個のプリズムのうち前述した良否判定条件に基づいて良品と判定されたものの個数を示している。
【００６７】
この（３−１）及び（３−２）を参照すると、Ｔｂの値は５０６℃から５２２℃の間、すなわち、転移点温度Ｔｇ以上であって、且つ屈伏点温度Ｔｇと転移点温度Ａｔとのちょうど中間の温度（Ｔｇ−（Ａｔ−Ｔｇ）×０．５）以下とすると製造されたプリズムのうち９０％以上が良品となり、その範囲外の場合における良品率と比べて際立って優れた結果が得られることが判明した。ここで、Ｔｂがこの値の範囲を下回ると割れが多く発生するようになり、Ｔｂがこの値を上回ると面積度の劣化が多く見られるようになった。
【００６８】
以上のことから、Ｔｂの値は転移点温度Ｔｇ以上であって且つ屈伏点温度Ｔｇと転移点温度Ａｔとの中間の温度以下とすることが光学素子の成形精度の向上の点において好ましいといえる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
【００６９】
例えば、上述した実施形態においては被成形素材１２に対する加熱・冷却・加圧の制御をＰＬＣ５によって実現していたが、コンピュータに備えられているＣＰＵ（中央演算装置）にこれらの制御を行わせるためのプログラムを作成して該プログラムを該ＣＰＵに実行させることで実現するようにしてもよい。
【００７０】
また、前述した実施形態においては、変位センサ２２は下型１１と上型８との間の距離の測定を行っていたが、上型８はこの実施形態においては固定されているので、変位センサ２２は下型１１の変位を測定するようにし、この測定結果から下型１１と上型８との間の距離を算出するようにしてもよい。また、この変位センサ２２の測定結果を用いて下型１１と上型８との当接の検出や、下型１１の位置が「変位Ａ」となったことの検出を行うようにすることも可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、まず、被成形ガラス素材自身の屈伏点温度よりも高い温度に加熱されて軟化している該素材を成形型で加圧して該素材の肉厚を光学素子として所望されている肉厚よりも厚い肉厚である設定肉厚とし、続いて、該被成形ガラス素材への該加圧を維持しながら該素材を該屈伏点温度以下であって且つ該素材自身の転移点温度以上となるまで冷却することで該素材の肉厚を前記所望されている肉厚に成形するようにする。
【００７２】
こうすることにより、本発明によれば、形成される光学素子の成形精度が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成形装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した成形装置の制御の様子を示す図である。
【図３】冷却の制御の様子を示す図である。
【図４】本発明に係る成形方法を実施したときの実験データを示す図である。
【符号の説明】
１ 成形室
２ 外覆部
３ ヒータ
４ 水冷パイプ
５ プログラマブルコントローラ
６ 固定側型板
７ 固定軸
８ 上型
９ 稼動側型板
１０ 移動軸
１１ 下型
１２ 被成形素材
１３ 型当接検出接点
１４ 固定側型板接点Ａ
１５ 電池Ａ
１６ リレーＡ
１７ 型接近検出接点
１８ 固定側型板接点Ｂ
１９ 電池Ｂ
２０ リレーＢ
２１ コイルばね
２２ 変位センサ

Claims (17)

1. 被成形ガラス素材自身の屈伏点温度よりも高い温度に加熱されて軟化している該素材を成形型で加圧して該素材の肉厚を光学素子として所望されている肉厚よりも厚い肉厚である設定肉厚とする加圧工程と、
   前記被成形ガラス素材への前記加圧を維持しながら該素材を前記屈伏点温度以下であって且つ該素材自身の転移点温度以上に冷却するまでに該素材の肉厚を前記所望されている肉厚に成形する冷却成形工程と、
   を含むことを特徴とする光学素子の成形方法。
2. 前記冷却成形工程においては、前記被成形ガラス素材の温度が前記屈伏点温度と前記転移点温度との中間以下の温度に達したときに該素材の温度を保持しながら該素材前記所望の肉厚に成形することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形方法。
3. 前記冷却成形工程においては、対向している前記成形型間の距離に基づいて前記被成形ガラス素材の冷却の速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形方法。
4. 前記冷却成形工程においては、前記被成形ガラス素材が前記所望されている肉厚に成形されたときに、該素材のそのときの温度と前記成形型のそのときの位置とを所定時間保持することを特徴とする請求項１から３までのうちのいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
5. 前記加圧工程における前記加圧の圧力を１０メガパスカル以上４０メガパスカル以下とすることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
6. 前記加圧工程において、前記被成形ガラス素材の肉厚が前記設定肉厚になったことの判定は、前記成形型の位置を検出するセンサの出力に基づいて行われることを特徴とする請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
7. 前記冷却成形工程において、前記被成形ガラス素材の肉厚が前記所望されている肉厚に成形されたことの判定は、対向している一対の前記成形型の当接の検出に基づいて行われることを特徴とする請求項１から６までのうちのいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
8. 前記光学素子は三角柱状のガラスプリズムであり、
   前記加圧工程では、円柱形状である前記被成形ガラス素材の円筒面を加圧する、
   ことを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載の光学素子の成形方法。
9. 加熱軟化している被成形ガラス素材を加圧して成形する対向している成形型と、
   対向している前記成形型の位置関係に基づいて前記被成形ガラス素材の温度を制御する温度制御手段と、
   を有することを特徴とする光学素子の成形装置。
10. 前記温度制御手段は、前記被成形ガラス素材自身の屈伏点温度よりも高い温度から該屈伏点温度以下であって且つ該素材自身の転移点温度以上となるまで該素材の温度を制御することを特徴とする請求項９に記載の光学素子の成形装置。
11. 前記対向している成形型が当接したことを検出する型当接検出手段を更に有することを特徴とする請求項９または１０に記載の光学素子の成形装置。
12. 前記型当接検出手段は接触センサであることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子の成形装置。
13. 前記対向している成形型の間の距離が所定の間隔にまで接近したことを検出する型接近検出手段を更に有することを特徴とする請求項９から１２までのうちのいずれか一項に記載の光学素子の成形装置。
14. 前記型接近検出手段は接触センサであることを特徴とする請求項１３に記載の光学素子の成形装置。
15. 前記温度制御手段は、前記被成形ガラス素材の冷却の速度を制御することを特徴とする請求項９から１４までのうちのいずれか一項に記載の光学素子の成形装置。
16. 前記対向している成形型の間の距離を測定する距離測定手段を更に有することを特徴とする請求項９から１５までのうちのいずれか一項または請求項１５に記載の光学素子の成形装置。
17. 前記距離測定手段としてリニアスケールを備えたことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の成形装置。

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