JP2005001922A - Method and apparatus for manufacturing optical device - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing optical device Download PDF

Info

Publication number
JP2005001922A
JP2005001922A JP2003165905A JP2003165905A JP2005001922A JP 2005001922 A JP2005001922 A JP 2005001922A JP 2003165905 A JP2003165905 A JP 2003165905A JP 2003165905 A JP2003165905 A JP 2003165905A JP 2005001922 A JP2005001922 A JP 2005001922A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molding
cavity
mold
molding surface
glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003165905A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4197990B2 (en
Inventor
Koki Iwazawa
広喜 岩沢
Kenji Kikuchi
健次 菊池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2003165905A priority Critical patent/JP4197990B2/en
Publication of JP2005001922A publication Critical patent/JP2005001922A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4197990B2 publication Critical patent/JP4197990B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06—Construction of plunger or mould
    • C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12—Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
    • C03B11/122—Heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00—Press-moulding glass
    • C03B2215/50—Structural details of the press-mould assembly
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00—Press-moulding glass
    • C03B2215/60—Aligning press die axes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00—Press-moulding glass
    • C03B2215/61—Positioning the glass to be pressed with respect to the press dies or press axis

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a rotary axis asymmetric optical device with excellent surface accuracy without the shortage of filling of glass to the ridge line of the optical device. <P>SOLUTION: The rotary axis asymmetric optical device is formed by heating and pressing a glass base material inserted between an upper die having at least one or more forming surfaces and a lower die having at least one or more forming surfaces and filling the heated and softened glass into a cavity formed by the forming surfaces. A method of forming the optical device includes a process for filling the glass into the cavity by making the flowing velocity of the glass base material different between the center part of the forming surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or between the forming surfaces and pressing, a process for controlling the temperature of the whole dies to be uniform, and a process for cooling the whole dies to be a uniform temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス素材を加熱、軟化して一対の成形型で成形する光学素子の成形方法及び成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス素材をプレスしてプリズム形状等の光学素子を得る方法として、従来では、外周面を円滑加工したガラス素材を上下一対の金型で押圧成形している。これにより、プリズムなどの多面からなる光学素子を成形している（特許文献１参照）。
【０００３】
また、別の従来方法では、成形型の成形面と同一形状の切欠きを設けた中空状の支持皿を搬送皿内に設置し、切欠き上に円柱状のガラス素材を寝かせて支持することによりガラス素材を搬送皿内に載置し、この状態で加熱軟化させて上下型内に搬送して成形している（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１２７６２６号公報
【特許文献２】
特開平８−２６７４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載されている成形方法では、円筒状のガラス素材と上下金型とを一定温度に加熱して成形する際に、ガラスが下型に向かって変形流動するときに発生する摩擦抵抗が上型の表面に発生する摩擦抵抗に対して大きいため、下型に設けられた光学面及び成形面の間の稜線部分にガラスが充填される前に上型の側面部へガラスが流れ込む。このため、良好な形状精度を得ることが困難となっている。
【０００６】
また、上型と下型の隙間に入り込んだ駄肉が徐冷時に部分的に早く固まってプレス荷重を受けるため、成形面に荷重をかけて徐冷することが困難になり、これにより良好な面精度を得ることができないものとなっている。さらに、型には光学成形面以外の成形面が存在していないため、ガラスが型の側面に流れ出してガラス全体に高いプレス圧をかけることができない。このため、良好な面精度を得ることが難しい問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載されている方法では、駄肉が搬送皿上部と上型の型面との間に流れ込むため、良好な形状が得られないものとなっている。また、その駄肉が徐冷時に部分的に早く固まってプレス荷重を受けることにより、成形面に荷重をかけて徐冷することが困難になり、良好な面精度を得ることができない。さらに、加熱軟化したガラス素材に温度の低い下型が先に接触するため、ガラス素材の下部が先に冷却され、下型における光学面及び成形面の間の稜線部分までガラスが回り込むことがなく、これにより、形状精度を得ることが困難となっている。
【０００８】
本発明は、以上のような従来の問題点を考慮してなされたものであり、複数の平面あるいは球面部や非球面部を設けた平面、または自由曲面によって構成される非回転軸対称の光学素子を成形する際に、成形品の稜線部分にガラスの充填不良がなく、しかもヒケによる面精度の劣化がなく、所望の品質を得ることが可能な光学素子の成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の光学素子の成形方法は、少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する方法であって、前記ガラス素材の流動速度を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態としてプレスすることによりキャビティ内にガラスを充填する工程と、型全体を均一な温度に加熱する工程と、型全体を均一な温度に冷却する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明では、上下型の間にガラス素材を配置した状態で、上下型及びガラス素材を加熱してガラス素材をプレスする。このとき、ガラス素材の流動速度を成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態としてプレスするため、形状による充填性の差を補い、光学素子全体にわたって充填不良を発生することなく、各稜線までガラスを充填することができ、これにより、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。
【００１１】
また、このようにガラスの充填状態を最適化することにより、駄肉の発生を抑えることが可能となるため、成形時におけるプレス荷重が駄肉へ集中することがなく、プレス荷重が面全体に作用するため、良好な面精度の光学素子を成形することが可能となる。
【００１２】
なお、請求項１を始めとした本発明において、成形面中心部は、上下型のガラス素材と接触する成形面における面内の略中心部分を示し、キャビティ内における稜線付近とは離れた部位となっている。
【００１３】
請求項２の発明の光学素子の成形方法は、少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する方法であって、前記ガラス素材における成形面と接触する部分のガラスの粘度によって変化する粘性摩擦抵抗を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近で異なる状態または各成形面間で異なる状態としてプレスすることによりキャビティ内にガラスを充填する工程と、型全体を均一な温度に加熱する工程と、型全体を均一な温度に冷却する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明では、上下型及びガラス素材を加熱してガラス素材をプレスするときに、ガラス素材における成形面と接触する部分のガラスの粘度によって変化する粘性摩擦抵抗を成形面中心部とキャビティ内における稜線付近で異なる状態とするため、形状による充填性の差を補い、光学素子全体にわたって充填不良を発生することなく、各稜線までガラスを充填することができる。また、ガラスの粘性摩擦抵抗を各成形面間で異なる状態とすることによっても、同様に、形状による充填性の差を補って各稜線部分までガラスを充填することができる。これらにより、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。しかも、このようにガラスの充填状態を最適化することにより、駄肉の発生を抑えることが可能となるため、成形時におけるプレス荷重が駄肉へ集中することがなく、プレス荷重が面全体に作用するため、良好な面精度の光学素子を成形することが可能となる。
【００１５】
請求項３の発明の光学素子の成形方法は、少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する方法であって、前記ガラス素材と型表面との摩擦抵抗を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近で異なる状態または各成形面間で異なる状態としてプレスすることによりキャビティ内にガラスを充填する工程と、型全体を均一な温度に加熱する工程と、型全体を均一な温度に冷却する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明では、上下型及びガラス素材を加熱してガラス素材をプレスするときに、ガラス素材と型表面との摩擦抵抗を成形面中心部とキャビティ内における稜線付近で異なる状態または各成形面間で異なる状態とするため、形状による充填性の差を補い、光学素子全体にわたって充填不良を発生することなく、各稜線までガラスを充填することができ、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。また、ガラスの充填状態を最適化することにより、駄肉の発生を抑えることができるため、成形時におけるプレス荷重が駄肉へ集中することがなく、プレス荷重が面全体に作用するため、良好な面精度の光学素子を成形することが可能となる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項２または３記載の光学素子の成形方法であって、前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の温度または各成形面間の温度が異なるように加熱することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明では、成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の温度または各成形面間の温度が異なるように加熱制御することにより、ガラス素材の粘性摩擦抵抗または／及びガラス素材と型表面との摩擦抵抗を部分的に変化させるため、充填不良が発生することなく、稜線部分までガラス充填させることができる。従って、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項２または３記載の光学素子の成形方法であって、前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の加熱速度または各成形面間の加熱速度が異なるように加熱することを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明では、成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の加熱速度または各成形面間の加熱速度が異なるように加熱することにより、充填工程でのガラスの粘度に分布を付与するため、充填不良を発生することなく、ガラスを稜線部分まで充填させることができ、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項５記載の光学素子の成形方法であって、熱伝導率が異なった材質からなる型を用いて加熱速度を異なる状態とすることを特徴とする。
【００２２】
請求項６の発明では、上下の型として熱伝導率の異なる材質を用いることにより、同じヒータで加熱を行っても、成形面に温度差がある状態で加熱することができる。このため、請求項５と同様に、充填不良を発生することなく、稜線部分まで充填させることが可能になる。特に、この発明では、型として熱伝導率が異なる材質を選定するだけであるため、加熱速度の差を簡単に制御することができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項３記載の光学素子の成形方法であって、上下の型における前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の面粗さまたは各成形面間の面粗さが異なるようにしてガラス素材と型表面との摩擦抵抗を異なる状態とすることを特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明では、上下の型における成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の面粗さまたは各成形面間の面粗さを異ならせることにより、型の表面状態を各成形面ごとに異ならせることができ、これにより充填不良を発生することなく、稜線部分までガラスを充填させることができる。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１記載の光学素子の成形方法であって、前記プレスをキャビティ内における稜線の方向にガラスが流動する分力が発生する方向に対して行うことにより、ガラス素材の流動速度を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態とすることを特徴とする。
【００２６】
請求項８の発明では、プレスの際のプレス方向をキャビティ内における稜線の方向にガラスが流動する分力が発生する方向に対して行うため、ガラス素材の流動速度を成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態とすることができ、形状による充填性の差を補い、光学素子全体にわたって充填不良を発生することなく、各稜線までガラスを充填することができ、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項２記載の光学素子の成形方法であって、前記成形面中心部とキャビティ内における稜線部分との間または各成形面間でガラス素材の粘度が異なるように冷却してガラス素材の粘性摩擦抵抗を異なる状態とすることを特徴とする。
【００２８】
請求項９の発明では、成形面中心部とキャビティ内における稜線部分との間または各成形面間でガラス素材の粘度が異なるように冷却を行うことにより、充填不良を発生することなく、稜線部分に充填させることができる。粘度を変化させる手段としては、例えば、成形中の雰囲気温度を冷却ガスの流量により変化させることにより、ガラス素材における型と接触していない部分を直接冷却することにより可能である。
【００２９】
請求項１０の発明は、請求項２記載の光学素子の成形方法であって、前記成形面中心部とキャビティ内における稜線部分との間または各成形面間でガラス素材の粘度が異なるようにプレス速度またはプレス圧力を制御してガラス素材の粘性摩擦抵抗を異なる状態とすることを特徴とする。
【００３０】
請求項１０の発明では、加熱段階でプレス圧力あるいはプレス速度を変化させることにより、ガラス素材と成形面との接触面積を変化させてガラス素材に伝わる熱量を変化させる。これにより、ガラス素材内部の粘度とキャビティ内における稜線部分の粘度とが異なった分布となるため、充填不良を発生することなく、稜線部分に充填させることが可能となる。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項２または３記載の光学素子の成形方法であって、請求項４〜７、９，１０の複数の手段を組み合わせてガラス素材の粘性摩擦抵抗または型表面の摩擦抵抗の少なくとも一方を異なる状態とすることを特徴とする。
【００３２】
この発明では、請求項４〜７、９，１０の複数の手段を組み合わせることにより、制御性良く、確実且つ容易にガラスの粘性摩擦抵抗を異なる状態とすることができる。
【００３３】
請求項１２の発明の光学素子の成形装置は、少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する装置であって、下記ａ、ｂ、ｃの少なくとも１つの手段により、ガラス素材における成形面と接触する部分のガラスの粘度によって変化する粘性摩擦抵抗を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態としてガラスをキャビティ内に充填する充填制御部と、型全体が均一な温度となるように制御する温度制御部と、型全体が均一な温度となるように冷却する冷却制御部とを備えていることを特徴とする。
ａ 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間で温度が異なるように加熱を制御する手段
ｂ 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで加熱速度が異なるように加熱を制御する手段
ｃ ガラス素材内部の粘度とキャビティ内における稜線部分のガラス素材の粘度とが異なるようにプレス速度またはプレス圧力を制御する手段
【００３４】
請求項１２の発明では、充填制御部が成形面中心部とキャビティ内における稜線付近の温度、加熱速度または／及びプレス速度またはプレス圧力を制御するため、粘性摩擦抵抗を成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態となるように変化させることができる。このため、形状による充填性の差を補い、光学素子全体にわたって充填不良を発生することなく、各稜線部分までガラスを充填することができ、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。また、駄肉の発生を抑えることができ、成形時におけるプレス荷重が駄肉へ集中することがなく、プレス荷重が面全体に作用するため、良好な面精度の光学素子を成形することができる。
【００３５】
請求項１３の発明の光学素子の成形装置は、少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する装置であって、下記ｄ、ｅの少なくとも１つの手段により、ガラス素材と型表面との摩擦抵抗を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態としてガラスをキャビティ内に充填する充填制御部と、型全体が均一な温度となるように制御する温度制御部と、型全体が均一な温度となるように冷却する冷却制御部とを備えていることを特徴とする。
ｄ 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間で温度が異なるように加熱を制御する手段
ｅ 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで加熱速度が異なるように加熱を制御する手段
【００３６】
請求項１３の発明では、充填制御部が成形面中心部とキャビティ内における稜線付近の加熱または／及び加熱速度を制御するため、ガラス素材と型表面との摩擦抵抗を成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態となるように変化させることができる。このため、形状による充填性の差を補い、光学素子全体にわたって充填不良を発生することなく、各稜線部分までガラスを充填することができ、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。また、駄肉の発生を抑えることができ、成形時におけるプレス荷重が駄肉へ集中することがなく、プレス荷重が面全体に作用するため、良好な面精度の光学素子を成形することができる。
【００３７】
請求項１４の発明の光学素子の成形装置は、少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する装置であって、プレス軸方向に対して上型及び下型を傾斜させる傾斜手段を備えていることを特徴とする。
【００３８】
請求項１４の発明では、傾斜手段がプレス軸方向に対して上型及び下型を傾斜させることにより、ガラス素子のプレスの際に、キャビティ内における稜線の方向にガラスが流動する分力を発生させることができる。これにより、稜線部分へのガラスの充填を行うことができ、充填不良を発生することなく、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。
【００３９】
請求項１５の発明の光学素子の成形装置は、少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する装置であって、プレス軸方向に対して上型及び下型を傾斜させる傾斜手段と、型全体が均一な温度となるように制御する温度制御部と、型全体が均一な温度となるように冷却する冷却制御部とを備えていることを特徴とする。
【００４０】
この発明においても、上型及び下型を傾斜させる傾斜手段を備えているため、請求項１４と同様に、稜線の方向にガラスが流動する分力が発生して稜線部分へのガラスの充填を行うことができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態により、具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００４２】
（実施の形態１）
図１〜図６は、本発明の実施の形態１であり、図１は全体の断面図、図２は成形される光学素子、図３及び図４は成形状態、図５は成形の制御、図６は成形における各段階の状態をそれぞれ示す。
【００４３】
この実施の形態では、光学素子として図２に示す複合プリズム２３を成形するものである。複合プリズム２３は、全体が三角柱となっており、その一面には弧状で窪む非球面２７が形成されることにより、全体が非回転軸対称となっている。また、複合プリズム２３は隣接する面との境界部分が屈曲した稜線部２５，２８，２９，３０となっている。
【００４４】
成形装置は図１に示すように、上ベース１と下ベース１３とが対向しており、上ベース１に取り付けられた上スペーサ２に上型固定プレート７が取り付けられ、この上型固定プレート７に上型５が固定されている。上ベース１にはガス導入用孔２２が上下方向に貫通している。また、上ベース１の下面には、石英ガラス管２１の上端が気密性良く取り付けられる。
【００４５】
石英ガラス管２１の下端部は、シール１７を介することにより気密性良く下ベース１３に密着可能となっている。石英ガラス管２１の外部には、上型ヒータ４及び下型ヒータ１１が上ベース１に取り付けられた状態で配置されている。これらの上ベース１、石英ガラス管２１、上型ヒータ４、下型ヒータ１１は一体となって、図示しない駆動手段により上下動可能となっている。
【００４６】
下ベース１３には、ガス排出用孔１５が上下方向に貫通している。また、下ベース１３の内部には、上下方向に摺動可能な駆動ベース１４がＯリング１６を介して嵌合している。駆動ベース１４の上下動は図示を省略した駆動手段によって行われるものである。駆動ベース１４の上部には、下スペーサ１２が取り付けられ、下スペーサ１２上には、下型固定プレート１８が固定されている。下型固定プレート１８の内部には、下型支持スペーサ１９が設けられており、この下型支持スペーサ１９に下非球面型９及び下平面型２０が支持されている。
【００４７】
この場合、これらの下非球面型９及び下平面型２０は、位置決めスペーサ８内に位置決め状態で組み込まれており、位置決めスペーサ８を下型支持スペーサ１９に位置決め状態で取り付けることにより下非球面型９及び下平面型２０の取り付けが行われるようになっている。下非球面型９及び下平面型２０は、後述するガラス素材６を両側から挟むように配置されており、下非球面型９は、ガラス素材６に非球面２７を形成し、下平面型２０は非球面２７と直交する面をガラス素材６に形成する。
【００４８】
ガラス素材６は、下非球面型９及び下平面型２０の上に載置される。ガラス素材６は、ガラス転移点（Ｔｇ点）が５０６℃のＬ−ＢＡＬ４２からなる硝材が使用されている。また、ガラス素材６は成形される複合プリズム２３とは非近似形状の円筒状となって成形に供給される。また、上型５、下非球面型９及び下平面型２０の材質としては超硬金属を用いている。
【００４９】
上型固定プレート７には上型ヒータ制御用熱電対３が挿入されることにより、上型ヒータ４の制御が可能となっており、これにより、上型５の温度制御が行われる。下型固定プレート１８にも下型ヒータ制御用熱電対１０が挿入されることにより、下型ヒータ１１の制御が可能となっており、これにより下非球面型９及び下平面型２０の温度制御が可能となっている。
【００５０】
このような実施の形態において、上型ヒータ４、上型ヒータ制御用熱電対３及び下型ヒータ１１、下型ヒータ制御用熱電対１０は、上型５、下非球面型９及び下平面型２０の温度制御を行う充填制御部として作用する。この充填制御部は、上型５、下非球面型９及び下平面型２０の温度が異なるように加熱を制御したり、上型５、下非球面型９及び下平面型２０の加熱速度が異なるように制御するものである。
【００５１】
さらに、上ベース１が駆動源（図示省略）に連結されることにより上型５の上下動が制御され、駆動ベース１４がプレス源（図示省略）に連結されることにより下非球面型９及び下平面型２０の上下動が制御されており、これらのプレス源もこの実施の形態の充填制御部として作用するものである。
【００５２】
以上の充填制御部は、ガラス素材の流動速度、ガラス素材の粘性摩擦抵抗、ガラス素材と型表面との間の摩擦抵抗を、型５，９，２０の成形面中心部とキャビティ内における稜線部付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態とするものである。
【００５３】
また、この実施の形態では、上型ヒータ４、上型ヒータ制御用熱電対３及び下型ヒータ１１、下型ヒータ制御用熱電対１０は、上型５、下非球面型９及び下平面型２０のそれぞれを設定した温度とするように作用する温度制御部としても作用する。
【００５４】
さらに、石英ガラス管２１内にガスを導入するガス導入用孔２２及びガス導入用孔２２にガスを供給するガス供給源（図示省略）は、上型５、下非球面型９及び下平面型２０のそれぞれが均一な温度となるように冷却する冷却制御部として作用する。
【００５５】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【００５６】
上ベース１を上昇させて、下非球面型９及び下平面型２０の上に円筒状のガラス素材６を載置した後、上型ベース１を下降させて、石英ガラス管２１の下端をシール１７に接触させて内部を密閉する（図１参照）。この状態で、ガス導入用孔２２から窒素ガスを石英ガラス管２１の内部に放出して窒素置換することにより、石英ガラス管２１内の酸素濃度を２０ｐｐｍ以下とする。
【００５７】
次に、上型ヒータ４と下型ヒータ１１とをそれぞれの設定温度に加熱する。図５は、この実施の形態によって行う成形の制御曲線を、図６（ａ）〜（ｅ）は、図５におけるＡ〜Ｅに対応した成形状態を示している。
【００５８】
これらの図に示すように、設定温度まで温度が上昇した後、１分間保持し、図示を省略した駆動装置により駆動ベース１４を駆動し、ガラス充填位置までプレスする。プレス荷重は２０００Ｎ（最終形状に対してプレス圧力が１５〜２０Ｎ／ｍｍ２となる荷重）に設定すると共に、一定のプレス速度で成形する。プレス後において、ガラス素材６は上型５と下非球面型９及び下平面型２０とに接触した部分から加熱されて軟化し、上型５と下非球面型９及び下平面型２０の成形面によって形成されるキャビティ内に充填される。
【００５９】
図３は、この充填の際の状態を示し、図４は図３の右側面図を示す。上下の型温を均一な状態でプレスした場合、稜線部３０、稜線部２５に関してはガラスがはみだして駄肉が発生しやすい。また、稜線部２９及び稜線部２８はガラスが流動しにくく、充填不足が発生しやすい。
【００６０】
この実施の形態では、上型５の温度に対し下非球面型９及び下平面型２０の温度を高くするように制御するものであり、このために下型加熱ヒータ１１の設定温度を上型加熱ヒータ４の設定温度よりも高く設定する。このような設定により、下非球面型９及び下平面型２０の成形面の温度が上型５の成形面の温度より高くなって、下非球面型９及び下平面型２０の成形面と接触しているガラスの粘性摩擦抵抗を上型５の成形面と接触しているガラスの粘性摩擦抵抗よりも小さくすることができる。これにより、上型５の転写領域が広がる前に、ガラスが稜線部２９に充填される。
【００６１】
一方、プレス速度に関しては、プレス速度が速い場合、ガラス素材６が十分に加熱されないうちに変形が開始され、これにより、成形面との間で作用するガラスの所望の粘性摩擦抵抗を得る前にガラス素材６の変形が進んで良好な形状を得ることができない。この実施の形態では、プレス速度を適正な値に調節して、ガラス素材６を十分に加熱し、所望の粘度を得た状態でプレスするものであり、これによりガラスの充填性を確保することが可能となっている。
【００６２】
以上の制御の後、図５に示すように、全体が均一の温度になるまで、軽い圧力（２００Ｎ）で保持し、全体が均一温度になった後、再び２０００Ｎ（最終形状に対してプレス圧力が１５〜２０Ｎ／ｍｍ２となる荷重）のプレス荷重で加圧しながらガラス転移点以下の温度（５００℃以下）まで徐冷して、４８０℃になったところで窒素を吹き付けて急冷を開始する。そして、２００℃付近まで降温した時点で、成形された複合プリズム２３を離型する。
【００６３】
表１は、この実施の形態において、下型加熱ヒータ１１及び上型加熱ヒータ４の設定温度を変更した場合の光学素子（複合プリズム２３）への影響を示している。型の設定温度は上型５を５４０℃、下型９及び２０を５６０℃としたとき、充填性、面精度ともに良好な光学素子が得られている。上型と下型の温度差が小さい場合は稜線部２９の充填が不足するのに対し、型温度差が大きい場合は充填性、面精度とも良好となっているが、稜線部２９への充填が良すぎて、却ってバリが発生して不良品となる。表１において、「ＮＧ」は不良品を、「ＯＫ」は良品を示すものである（後述する表２及び表３も同様）。
【００６４】
【表１】

Figure 2005001922
【００６５】
表２は、成形時のプレス速度を変更した場合の光学素子への影響を示している。同表に示すように、プレス速度２ｍｍ／ｍｉｎに設定した場合に良好な形状、面精度となっているが、プレス速度が３ｍｍ／ｍｉｎ以上では、良好な形状精度を得ることができない。これは、プレス速度が３ｍｍ／ｍｉｎ以上では、稜線部２９にガラスが充填される前に稜線部２５及び稜線部３０から駄肉が発生するためである。
【００６６】
【表２】
Figure 2005001922
【００６７】
表３は、一連の工程中に放出している窒素ガスの流量を変化させた場合の光学素子への影響を示している。すなわち、放出される窒素ガスは、成形雰囲気の温度を冷却するものであり、これにより、キャビティ内における稜線部分のガラスの粘度とガラス素材６内部における成形面中心部の粘度とが異なるように制御するようになっている。すなわち、窒素ガスの流量調整によって、稜線部２５、稜線部２８及び稜線部３０におけるガラスの温度を下げて、これらの部分の粘性摩擦抵抗を変化させ、充填性を変化させることができる。表３に示すように、毎分１０リットル／ｍｉｎの窒素ガスの流量の際に、良好な形状精度と面精度とを得ることが可能となっている。
【００６８】
【表３】
Figure 2005001922
【００６９】
このような実施の形態によれば、稜線部２５、稜線部２８及び稜線部３０に駄肉を発生させることなく、稜線部２９にガラスを充填させることが可能となるため、形状精度の良好な非回転軸対称光学素子を成形することが可能となる。また、駄肉が発生しないことにより、プレス荷重が駄肉に集中することがなく、面全体に作用させることができるため、面精度の良好な非回転軸対称光学素子を成形することができる。
【００７０】
以上に加えて、上型５、下非球面型９及び下平面型２０の成形面付近またはキャビティ内における稜線付近の加熱速度が異なるように加熱することができる。これは、上型５、下非球面型９及び下平面型２０として、熱伝導率が異なった材質を用いることにより可能である。この実施の形態では、下非球面型９及び下平面型２０を超硬合金としたままで、上型５の材質だけを超硬合金（熱伝導率：６０Ｗ／ｍｋ）からＳｉＣ（熱伝導率：１５Ｗ／ｍｋ）に変更して加熱した。このように、上下の型を熱伝導率が異なった材質とすることにより、上下型におけるの成形面付近またはキャビティ内における稜線付近の加熱速度が変更されるため、充填工程でのガラスの粘度に分布を付与することができる。これにより、充填不良を発生することなく、形状精度の良好な光学素子を成形することができる。
【００７１】
さらに、上型５、下非球面型９及び下平面型２０における成形面付近またはキャビティ内における稜線付近の面粗さが異なるようにしてガラスと型表面との摩擦抵抗を異なる状態とすることも可能である。この場合には、型の成形面に対してスパッタリング等のコーティング処理を行うことにより可能となる。この実施の形態では、上型５の成形面の表面粗さ（Ｒａ）を３０ｎｍとしたのに対し、下非球面型９及び下平面型２０の成形面を薄膜コーティング処理することにより、表面粗さ（Ｒａ）を４０ｎｍとした。このようにすることにより、充填性の高い非回転軸対象の光学素子を成形することができた。なお、表面粗さの測定は、測定機器として、商品名「タリサーフ」（テーラーホブソン株式会社製）を用い、測定長さを１ｍｍ、測定個所を中心と両端部の３個所として行ったものである。
【００７２】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に用いる成形装置を示す。この実施の形態では、下非球面型９における上型５に近い側面部に、補助ヒータ３１が取り付けられ、下非球面型９と下平面型２０の間における側面部に、補助ヒータ３２が取り付けられ、さらに下平面型９における上型５に近い側面部に、補助ヒータ３６が取り付けられている。
【００７３】
これに加えて、下非球面型９には補助ヒータ制御用熱電対３３が挿入されることにより、補助ヒータ３１の温度制御が可能となっている。また、位置決めスペーサ８の下部には補助ヒータ制御用熱電対３４が挿入されることにより、補助ヒータ３２の温度制御が可能となっている。さらに、下平面型２０には補助ヒータ制御用熱電対３５が挿入されることにより、補助ヒータ３６の温度制御が可能となっている。
【００７４】
この実施の形態では、上型ヒータ４及び下型ヒータ１１によって上型５を５４０℃、下型９，２０を５６０℃まで加熱した後、補助ヒータ３１、３２によって下型９，２０を設定温度５８０℃で加熱する。なお、この形状の複合プリズム２３においては、補助ヒータ３６は用いることなく成形を行ったが、光学素子の形状によっては、補助ヒータ３６を併用することができる。
【００７５】
補助ヒータ３１により稜線部２８を成形する成形面が局部的に加熱されると共に補助ヒータ３２により稜線部２９を成形する成形面が局部的に加熱される。これらの加熱によって、ガラスにおける成形面と接触している部分の粘性摩擦抵抗が減少するため、稜線部２９にガラスを良好に充填することができる。このため、この実施の形態では、プレス速度が５ｍｍ／ｓｅｃでも良好な充填性を得ることが可能となっている。
【００７６】
このような実施の形態では、実施の形態１の効果に加えて、充填しにくい稜線部分を局所的に加熱するため、プレス速度を速くしても良好に充填することができ、サイクルタイムを短縮することができる。また、稜線部分が薄い光学素子であっても良好に充填することができる。
【００７７】
（実施の形態３）
図８〜図１０は、本発明の実施の形態３に適用される成形装置を示す。
【００７８】
この成形装置において、下スペーサ１２上面には、チルト調整スペーサ３７が取り付けられている。チルト調整スペーサ３７は下面がシリンドリカルに加工されており、同様にシリンドリカルに形成された下スペーサ１２の上面に摺動可能に支持されている。このチルト調整スペーサ３７には、下型固定プレート１８及び下型支持スペーサ１９が取り付けられており、下型支持スペーサ１９には位置決めスペーサ８内に組み込まれた下非球面型９及び下平面型２０が固定されている。このような構造では、チルト調整スペーサ３７が下スペーサ１２の上面に沿って摺動することにより、下非球面型９の成形面とプレス軸に垂直な面とのなす角が小さくなるようになっている。
【００７９】
また、上スペーサ２の下面には、チルト調整スペーサ３８が取り付けられている。チルト調整スペーサ３８の下面には、上型５を固定した上型固定プレート７が取り付けられている。チルト調整スペーサ３８は、その型取付面が下側のチルト調整スペーサ３７における型取付面と平行となるように上スペーサ２に取り付けられている。この上型５側のチルト調整スペーサ３８においても、下型側のチルト調整スペーサ３７と同様に、上スペーサ２とシリンドリカルで接触することにより、上スペーサ２と摺動可能となっている。
【００８０】
このような実施の形態において、下側のチルト調整スペーサ３７は、下型（この実施の形態では、下平面型２０）の成形面をプレス軸に対して傾斜させる傾斜手段として作用し、上側のチルト調整スペーサ３８は、上型５の成形面をプレス軸に対して傾斜させる傾斜手段として作用する。
【００８１】
この実施の形態では、図８に示すように、型取付面が平行となった状態を維持したままで上下のチルト調整スペーサ３７，３８をプレス軸方向と傾斜させた状態とする。そして、上型ヒータ４及び下型ヒータ１１をそれぞれ設定温度に加熱した後、図示を省略した駆動手段により駆動ベース１４を駆動してプレスを開始する。
【００８２】
このとき、ガラス素材６と上型５の成形面との間に作用するプレス荷重３９は図９に示すように、上型５の成形面に対して垂直方向に作用する垂直分力４０と水平分力４１とに分解される。この水平分力４１はガラス素材６を稜線部２９の方向に押し込むように作用する。このため、ガラス素材６を下平面型２０よりも下非球面型９の方向に偏ってプレスすることができる。これにより、充填しにくい稜線部２９にガラスを充填させることができる。
【００８３】
一方、ガラス素材６と下平面型２０の成形面との間に作用するプレス荷重３８も、下平面型２０の成形面に対して垂直方向に作用する垂直分力４２と、水平分力４３とに分解される。水平分力４３は、型を傾斜させない場合に比べて大きくなるため、稜線部２８の方向にガラスを押し込む荷重が増加する。これにより、充填しにくい稜線部２８にガラスを充填させることができる。これにより図１０に示すように、充填性が良好となった状態で光学素子を成形することができる。
【００８４】
このような実施の形態では、実施の形態１の効果に加えて、ガラスに対して温度分布を付与しないため、均温化する工程を削減でき、これにより、サイクルタイムを短縮することが可能となる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学素子の成形方法によれば、ガラスの粘性摩擦抵抗、摩擦抵抗、プレス方向の内の一つまたは複数を変化させることにより、成形時におけるガラスの流動速度を変化させるため、成形面で形成されるキャビティ内ガラスを形状精度良く充填させることができる。また、その後に、均温化して徐冷するため、形状精度及び面精度の良好な非回転軸対称光学素子を成形することができる。
【００８６】
本発明の光学素子の成形装置によれば、成形面付近または稜線付近でのガラスの流動速度を変化させることができるため、光学素子全体にわたって充填不良が発生することがなく、形状精度の良好な光学素子を成形することができ、しかも、駄肉の発生を抑えることができるため、プレス荷重が面全体に作用し、良好な面精度の光学素子を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の全体断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、成形される複合プリズムの断面図及び正面図である。
【図３】実施の形態１における成形途中の断面図である。
【図４】図３の右側面からの断面図である。
【図５】実施の形態１によって成形する場合の制御特性図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、図５のＡ点〜Ｅ点における成形状態を示す断面図である。
【図７】実施の形態２の断面図である。
【図８】実施の形態３の断面図である。
【図９】実施の形態３における分力の発生を説明する断面図である。
【図１０】実施の形態３の成形状態の断面図である。
【符号の説明】
１ 上ベース
２ 上スペーサ
３ 上型ヒータ用熱電対
４ 上型ヒータ
５ 上型
６ ガラス素材
７ 上型固定プレート
９ 下非球面型
１０ 下型ヒータ制御用熱電対
１１ 下型ヒータ
１２ 下スペーサ
１３ 下ベース
１８ 下型固定プレート
１９ 下型支持スペーサ
２０ 下平面型
２３ 複合プリズム
２５ 稜線部
２７ 非球面
２８，２９，３０ 稜線部
３１，３２ 補助ヒータ
３３、３４、３５ 補助ヒータ制御用熱電対
３７，３８ チルト調整具
３９ プレス荷重[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a molding method and a molding apparatus for an optical element in which a glass material is heated and softened and molded with a pair of molds.
[0002]
[Prior art]
As a method for obtaining an optical element having a prism shape or the like by pressing a glass material, conventionally, a glass material having a smooth outer peripheral surface is press-molded with a pair of upper and lower molds. Thereby, the optical element which consists of many surfaces, such as a prism, is shape | molded (refer patent document 1).
[0003]
In another conventional method, a hollow support tray provided with a notch having the same shape as the molding surface of the mold is installed in the transport tray, and a cylindrical glass material is placed on the notch and supported. In this state, the glass material is placed in a conveying tray, heated and softened in this state, and conveyed into the upper and lower molds (see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A 61-127626
[Patent Document 2]
JP-A-8-26748
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the molding method described in Patent Document 1, it occurs when the glass is deformed and flows toward the lower mold when the cylindrical glass material and the upper and lower molds are heated to a certain temperature and molded. Since the frictional resistance is greater than the frictional resistance generated on the surface of the upper mold, the glass is applied to the side surface of the upper mold before the glass is filled into the ridge line portion between the optical surface provided on the lower mold and the molding surface. Flows in. For this reason, it is difficult to obtain good shape accuracy.
[0006]
In addition, the sacrificial meat that has entered the gap between the upper mold and the lower mold partially solidifies quickly during slow cooling and receives a press load, making it difficult to apply a load to the molding surface and gradually cool it. Surface accuracy cannot be obtained. Furthermore, since there is no molding surface other than the optical molding surface in the mold, the glass flows out to the side surface of the mold and a high press pressure cannot be applied to the entire glass. For this reason, there is a problem that it is difficult to obtain good surface accuracy.
[0007]
In the method described in Patent Document 2, since the meat flows between the upper part of the conveyance tray and the upper mold surface, a good shape cannot be obtained. Further, when the sacrificial meat is partially hardened at the time of slow cooling and receives a press load, it becomes difficult to apply the load to the molding surface and slowly cool it, and good surface accuracy cannot be obtained. Furthermore, since the lower mold with the lower temperature first comes into contact with the heat-softened glass material, the lower part of the glass material is cooled first, and the glass does not go around to the ridge line portion between the optical surface and the molding surface in the lower mold. This makes it difficult to obtain shape accuracy.
[0008]
The present invention has been made in consideration of the conventional problems as described above, and is a non-rotating axisymmetric optical system constituted by a plurality of planes, a plane provided with spherical or aspherical parts, or a free-form surface. Provided is an optical element molding method and molding apparatus capable of obtaining a desired quality without forming a glass filling defect in a ridge line portion of a molded product and without causing deterioration of surface accuracy due to sink marks when molding an element. For the purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for molding an optical element according to claim 1 is inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface. A method of forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling the cavity formed by the molding surface with heat-softened glass by heating and pressing the glass material, wherein the flow rate of the glass material is A step of filling the cavity with glass by pressing the center of the molding surface and the vicinity of the ridgeline in the cavity or different states between the molding surfaces, a step of heating the entire die to a uniform temperature, and a die And a step of cooling the whole to a uniform temperature.
[0010]
In the invention of claim 1, with the glass material placed between the upper and lower molds, the upper and lower molds and the glass material are heated to press the glass material. At this time, the flow rate of the glass material is pressed in a different state between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or in a different state between the molding surfaces. The glass can be filled up to each ridge line without causing a defect, whereby an optical element with good shape accuracy can be molded.
[0011]
In addition, by optimizing the glass filling state in this way, it becomes possible to suppress the occurrence of waste, so that the press load during molding does not concentrate on the waste and the press load is applied to the entire surface. Therefore, it is possible to mold an optical element with good surface accuracy.
[0012]
In addition, in this invention including Claim 1, a molding surface center part shows the approximate center part in the surface in the molding surface which contacts an upper-and-lower type glass raw material, and the site | part away from the ridgeline vicinity in a cavity, It has become.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for molding an optical element, in which a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface is heated and pressed. A method of forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling a heat-softened glass into a cavity formed by a molding surface, and depending on the viscosity of the glass in the portion of the glass material that contacts the molding surface The process of filling the cavity with glass by pressing the changing viscous frictional resistance differently in the vicinity of the ridgeline in the center of the molding surface and in the cavity, or in a different state between the molding surfaces, and bringing the entire mold to a uniform temperature It is characterized by comprising a step of heating and a step of cooling the entire mold to a uniform temperature.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, when the upper and lower molds and the glass material are heated to press the glass material, the viscous frictional resistance that changes depending on the viscosity of the glass in the portion of the glass material that contacts the molding surface is determined from the center of the molding surface and the cavity. Since the state is different in the vicinity of the ridge line, the difference in filling property due to the shape is compensated, and the glass can be filled up to each ridge line without causing filling failure over the entire optical element. Similarly, the glass can be filled up to each ridgeline portion by making the difference in the viscous frictional resistance of the glass different between the molding surfaces and compensating for the difference in filling properties depending on the shape. As a result, an optical element with good shape accuracy can be molded. In addition, by optimizing the glass filling state in this way, it becomes possible to suppress the occurrence of waste, so that the press load during molding does not concentrate on the waste and the press load is applied to the entire surface. Therefore, it is possible to mold an optical element with good surface accuracy.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for molding an optical element, comprising: heating and pressing a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface. A method of forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling a heat-softened glass into a cavity formed by a molding surface, the friction resistance between the glass material and the mold surface being the center of the molding surface Filling the cavity with glass by pressing it in a different state near the ridgeline in the part and in the cavity or in a different state between the molding surfaces, heating the entire mold to a uniform temperature, and uniforming the entire mold And a step of cooling to temperature.
[0016]
In the invention of claim 3, when the glass material is pressed by heating the upper and lower molds and the glass material, the frictional resistance between the glass material and the mold surface is different between the center of the molding surface and the ridge line in the cavity, or each molding Because it is in a different state between surfaces, it can compensate for the difference in filling properties depending on the shape, and can fill the glass up to each ridge line without causing defective filling throughout the optical element, forming an optical element with good shape accuracy can do. In addition, by optimizing the filling state of the glass, it is possible to suppress the occurrence of fillet, so the press load during molding does not concentrate on the fillet, and the press load acts on the entire surface, so it is good It becomes possible to mold an optical element with a high surface accuracy.
[0017]
The invention of claim 4 is the optical element molding method according to claim 2 or 3, wherein the temperature between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or the temperature between the molding surfaces is different. It is characterized by heating.
[0018]
In the invention of claim 4, by controlling the heating so that the temperature between the center portion of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or the temperature between the molding surfaces is different, the viscous frictional resistance of the glass material or / and the glass material. Since the frictional resistance between the mold surface and the mold surface is partially changed, glass can be filled up to the ridge line portion without causing poor filling. Therefore, an optical element with good shape accuracy can be molded.
[0019]
The invention according to claim 5 is the method for molding an optical element according to claim 2 or 3, wherein the heating rate between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or the heating rate between the molding surfaces is different. It is characterized by heating.
[0020]
In the invention of claim 5, by heating so that the heating rate between the center portion of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or the heating rate between the molding surfaces is different, the distribution of the viscosity of the glass in the filling step is distributed. Therefore, the glass can be filled up to the ridge line portion without causing a filling failure, and an optical element having good shape accuracy can be formed.
[0021]
A sixth aspect of the present invention is the optical element molding method according to the fifth aspect of the present invention, characterized in that different heating rates are set using molds made of materials having different thermal conductivities.
[0022]
In the invention of claim 6, by using materials having different thermal conductivities as the upper and lower molds, even if heating is performed with the same heater, heating can be performed with a temperature difference on the molding surface. For this reason, similarly to the fifth aspect, it is possible to fill up the ridge line portion without causing a filling failure. In particular, in the present invention, since a material having a different thermal conductivity is only selected as a mold, the difference in heating rate can be easily controlled.
[0023]
The invention of claim 7 is the optical element molding method according to claim 3, wherein the surface roughness between the center of the molding surface in the upper and lower molds and the vicinity of the ridge line in the cavity or the surface between the molding surfaces. It is characterized in that the frictional resistance between the glass material and the mold surface is made different by making the roughness different.
[0024]
In the invention of claim 7, the surface condition of the mold is changed for each molding by varying the surface roughness between the center part of the molding surface in the upper and lower molds and the vicinity of the ridge line in the cavity or the surface roughness between the molding surfaces. It can be made different for each surface, and thereby the glass can be filled up to the ridge line portion without causing poor filling.
[0025]
The invention according to claim 8 is the method for molding an optical element according to claim 1, wherein the pressing is performed in a direction in which a component force that causes the glass to flow in the direction of the ridgeline in the cavity is generated. The flow rate is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity, or different between the molding surfaces.
[0026]
In the invention of claim 8, since the pressing direction at the time of pressing is performed in the direction in which the component force that the glass flows in the direction of the ridgeline in the cavity is generated, the flow rate of the glass material is adjusted between the center of the molding surface and the cavity. It can be in a different state near the ridgeline or in a different state between each molding surface, and it can be filled with glass up to each ridgeline without compensating for the filling property due to the shape and causing a filling failure throughout the optical element. Thus, an optical element with good shape accuracy can be formed.
[0027]
The invention according to claim 9 is the method for molding an optical element according to claim 2, wherein the glass material is cooled so that the viscosity of the glass material differs between the center of the molding surface and the ridge line portion in the cavity or between the molding surfaces. The viscous frictional resistance of the glass material is made different.
[0028]
In the invention of claim 9, by performing cooling so that the viscosity of the glass material is different between the center portion of the molding surface and the ridge portion in the cavity or between the molding surfaces, the ridge portion does not occur without causing a filling defect. Can be filled. As means for changing the viscosity, for example, by changing the atmospheric temperature during molding by the flow rate of the cooling gas, it is possible to directly cool the portion of the glass material that is not in contact with the mold.
[0029]
The invention of claim 10 is the method for molding an optical element according to claim 2, wherein the glass material is pressed so that the viscosity of the glass material differs between the center of the molding surface and the ridge line portion in the cavity or between the molding surfaces. By controlling the speed or pressing pressure, the viscous frictional resistance of the glass material is made different.
[0030]
In the invention of claim 10, by changing the pressing pressure or the pressing speed in the heating stage, the amount of heat transmitted to the glass material is changed by changing the contact area between the glass material and the molding surface. Thereby, since the viscosity inside a glass raw material and the viscosity of the ridgeline part in a cavity become different distribution, it becomes possible to make it fill a ridgeline part, without generating a filling defect.
[0031]
The invention of claim 11 is a method for molding an optical element according to claim 2 or 3, wherein the means of claim 4-7, 9, 10 are combined to produce a viscous frictional resistance of the glass material or a friction of the mold surface. At least one of the resistors is in a different state.
[0032]
In the present invention, by combining a plurality of means of claims 4 to 7, 9, and 10, the viscous frictional resistance of the glass can be changed to a different state reliably and easily with good controllability.
[0033]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an optical element molding apparatus that heat presses a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface. An apparatus for forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling a heat-softened glass into a cavity formed on a molding surface, and using at least one of the following a, b, and c, a glass material Filling the cavity with glass so that the viscous frictional resistance, which varies depending on the viscosity of the glass in the part in contact with the molding surface, is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridgeline in the cavity or between the molding surfaces. A control unit, a temperature control unit that controls the entire mold to have a uniform temperature, and a cooling control unit that cools the mold to have a uniform temperature are provided. To.
a means for controlling heating so that the temperature differs between the central portion of the molding surface and the vicinity of the ridgeline in the cavity
b Means for controlling heating so that the heating rate is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity.
c Means for controlling the pressing speed or pressing pressure so that the viscosity inside the glass material and the viscosity of the glass material at the ridge line in the cavity are different.
[0034]
In the invention of claim 12, since the filling control unit controls the temperature in the vicinity of the ridgeline in the center of the molding surface and the cavity, the heating rate or / and the pressing speed or the pressing pressure, the viscous friction resistance is set in the center of the molding surface and in the cavity. It can be made to change so that it may be in a different state in the vicinity of the ridge line or in a different state between the respective molding surfaces. For this reason, it is possible to fill the glass up to each ridge line portion without compensating for the difference in filling properties depending on the shape and causing filling failure throughout the optical element, and it is possible to mold an optical element with good shape accuracy. In addition, the occurrence of meat can be suppressed, the press load at the time of molding does not concentrate on the meat, and the press load acts on the entire surface, so that an optical element with good surface accuracy can be molded. .
[0035]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an optical element molding apparatus that heat presses a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface. An apparatus for forming a non-rotating axially symmetric optical element by filling a heat-softened glass into a cavity formed on a molding surface, and by using at least one of the following d and e, the glass material and the mold A filling control unit that fills the cavity with glass so that the frictional resistance with the surface is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or between the molding surfaces, and the entire mold has a uniform temperature. And a cooling control unit for cooling the mold so that the entire mold has a uniform temperature.
d Means for controlling the heating so that the temperature differs between the central portion of the molding surface and the vicinity of the ridgeline in the cavity
e Means for controlling the heating so that the heating rate is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity.
[0036]
In the invention of claim 13, since the filling control unit controls the heating or / and heating rate in the vicinity of the ridge line in the center of the molding surface and the cavity, the friction resistance between the glass material and the mold surface is set in the center of the molding surface and in the cavity. It can be made to change so that it may be in a different state in the vicinity of the ridge line or in a different state between the respective molding surfaces. For this reason, it is possible to fill the glass up to each ridge line portion without compensating for the difference in filling properties depending on the shape and causing filling failure throughout the optical element, and it is possible to mold an optical element with good shape accuracy. In addition, the occurrence of meat can be suppressed, the press load at the time of molding does not concentrate on the meat, and the press load acts on the entire surface, so that an optical element with good surface accuracy can be molded. .
[0037]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a molding apparatus for an optical element, in which a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface is heated and pressed. This is an apparatus for forming a non-rotating axially symmetric optical element by filling a heat-softened glass into a cavity formed by a molding surface, and tilting the upper mold and the lower mold with respect to the press axis direction. Means are provided.
[0038]
In the invention of claim 14, the tilting means tilts the upper mold and the lower mold with respect to the press axis direction, thereby generating a component force that causes the glass to flow in the direction of the ridgeline in the cavity when the glass element is pressed. Can be made. Thereby, it is possible to fill the ridge line portion with glass, and it is possible to mold an optical element with good shape accuracy without causing poor filling.
[0039]
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an optical element molding apparatus that heat presses a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface. This is an apparatus for forming a non-rotating axially symmetric optical element by filling a heat-softened glass into a cavity formed by a molding surface, and tilting the upper mold and the lower mold with respect to the press axis direction. And a temperature control unit that controls the entire mold to have a uniform temperature, and a cooling control unit that cools the mold to have a uniform temperature.
[0040]
Also in this invention, since the tilting means for tilting the upper mold and the lower mold is provided, the component force that the glass flows in the direction of the ridgeline is generated to fill the ridgeline portion with the glass as in the case of the fourteenth aspect. It can be carried out.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to embodiments illustrated in the drawings. In each embodiment, the same members are assigned the same reference numerals.
[0042]
(Embodiment 1)
1 to 6 show a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is an overall sectional view, FIG. 2 is an optical element to be molded, FIGS. 3 and 4 are molded states, FIG. 5 is molding control, FIG. 6 shows the state of each stage in molding.
[0043]
In this embodiment, the composite prism 23 shown in FIG. 2 is formed as an optical element. The composite prism 23 is a triangular prism as a whole, and an aspherical surface 27 that is recessed in an arc shape is formed on one surface thereof, so that the whole is axisymmetric with respect to rotation. Further, the composite prism 23 has ridge portions 25, 28, 29, and 30 where the boundary portions with adjacent surfaces are bent.
[0044]
As shown in FIG. 1, the upper base 1 and the lower base 13 are opposed to each other, and an upper mold fixing plate 7 is attached to an upper spacer 2 attached to the upper base 1. The upper mold 5 is fixed to the upper part. A gas introduction hole 22 penetrates the upper base 1 in the vertical direction. Further, the upper end of the quartz glass tube 21 is attached to the lower surface of the upper base 1 with good airtightness.
[0045]
The lower end portion of the quartz glass tube 21 can be in close contact with the lower base 13 with good airtightness through the seal 17. An upper heater 4 and a lower heater 11 are disposed outside the quartz glass tube 21 in a state of being attached to the upper base 1. The upper base 1, the quartz glass tube 21, the upper heater 4, and the lower heater 11 are integrated and can be moved up and down by driving means (not shown).
[0046]
A gas discharge hole 15 passes through the lower base 13 in the vertical direction. A drive base 14 slidable in the vertical direction is fitted in the lower base 13 via an O-ring 16. The vertical movement of the drive base 14 is performed by drive means (not shown). A lower spacer 12 is attached to the top of the drive base 14, and a lower mold fixing plate 18 is fixed on the lower spacer 12. A lower mold support spacer 19 is provided inside the lower mold fixing plate 18, and the lower aspheric mold 9 and the lower flat mold 20 are supported by the lower mold support spacer 19.
[0047]
In this case, the lower aspheric mold 9 and the lower planar mold 20 are incorporated in the positioning spacer 8 in a positioned state, and the lower aspheric mold is mounted by attaching the positioning spacer 8 to the lower mold support spacer 19 in a positioned state. 9 and the lower flat mold 20 are attached. The lower aspheric mold 9 and the lower flat mold 20 are arranged so as to sandwich a glass material 6 to be described later from both sides. The lower aspheric mold 9 forms an aspheric surface 27 on the glass material 6, and the lower flat mold 20. Forms a surface orthogonal to the aspherical surface 27 on the glass material 6.
[0048]
The glass material 6 is placed on the lower aspherical mold 9 and the lower flat mold 20. As the glass material 6, a glass material made of L-BAL42 having a glass transition point (Tg point) of 506 ° C. is used. Further, the glass material 6 is supplied to the molding in the form of a cylinder that is not approximate to the composite prism 23 to be molded. Further, as the material of the upper mold 5, the lower aspheric mold 9, and the lower flat mold 20, a super hard metal is used.
[0049]
By inserting the upper heater control thermocouple 3 into the upper mold fixing plate 7, the upper mold heater 4 can be controlled, whereby the temperature of the upper mold 5 is controlled. The lower heater 11 can be controlled by inserting the lower heater control thermocouple 10 in the lower mold fixing plate 18, thereby controlling the temperature of the lower aspherical mold 9 and the lower planar mold 20. Is possible.
[0050]
In such an embodiment, the upper mold heater 4, the upper mold heater control thermocouple 3 and the lower mold heater 11, and the lower mold heater control thermocouple 10 are the upper mold 5, the lower aspheric mold 9, and the lower flat mold. It acts as a filling control unit that performs 20 temperature control. This filling control unit controls the heating so that the temperatures of the upper mold 5, the lower aspherical mold 9 and the lower planar mold 20 are different, and the heating rates of the upper mold 5, the lower aspherical mold 9 and the lower planar mold 20 are controlled. They are controlled differently.
[0051]
Further, the vertical movement of the upper mold 5 is controlled by connecting the upper base 1 to a drive source (not shown), and the lower aspherical mold 9 and the drive base 14 are connected to a press source (not shown). The vertical movement of the lower flat mold 20 is controlled, and these press sources also function as the filling control unit of this embodiment.
[0052]
The above filling control unit is configured to determine the flow rate of the glass material, the viscous frictional resistance of the glass material, and the frictional resistance between the glass material and the mold surface, and the ridge portion in the center of the molding surface of the molds 5, 9, and 20. The state is different in the vicinity or different between the respective molding surfaces.
[0053]
In this embodiment, the upper die 4, the upper heater control thermocouple 3 and the lower heater 11, and the lower heater control thermocouple 10 are the upper die 5, the lower aspheric die 9 and the lower flat die. It also functions as a temperature control unit that operates to set each of 20 to a set temperature.
[0054]
Further, a gas introduction hole 22 for introducing gas into the quartz glass tube 21 and a gas supply source (not shown) for supplying gas to the gas introduction hole 22 are an upper mold 5, a lower aspherical mold 9 and a lower planar mold. Each of 20 acts as a cooling control unit for cooling so as to have a uniform temperature.
[0055]
Next, the operation of this embodiment will be described.
[0056]
After raising the upper base 1 and placing the cylindrical glass material 6 on the lower aspherical die 9 and the lower flat die 20, the upper die base 1 is lowered to seal the lower end of the quartz glass tube 21. 17 is contacted and the inside is sealed (see FIG. 1). In this state, nitrogen gas is discharged from the gas introduction hole 22 into the quartz glass tube 21 and substituted with nitrogen, thereby reducing the oxygen concentration in the quartz glass tube 21 to 20 ppm or less.
[0057]
Next, the upper die heater 4 and the lower die heater 11 are heated to their respective set temperatures. FIG. 5 shows a control curve of molding performed according to this embodiment, and FIGS. 6A to 6E show molding states corresponding to A to E in FIG.
[0058]
As shown in these drawings, after the temperature rises to the set temperature, the temperature is maintained for 1 minute, and the drive base 14 is driven by a drive device (not shown) and pressed to the glass filling position. Press load is 2000N (pressing pressure is 15-20N / mm against the final shape) 2 And is molded at a constant pressing speed. After the pressing, the glass material 6 is heated and softened from the portion in contact with the upper mold 5, the lower aspheric mold 9 and the lower flat mold 20, and the upper mold 5, the lower aspheric mold 9 and the lower flat mold 20 are formed. A cavity formed by the surface is filled.
[0059]
FIG. 3 shows a state during the filling, and FIG. 4 shows a right side view of FIG. When the upper and lower mold temperatures are pressed in a uniform state, the ridge line portion 30 and the ridge line portion 25 are prone to cause glass to protrude and waste. Further, the ridge line portion 29 and the ridge line portion 28 are less likely to flow of glass, and are insufficiently filled.
[0060]
In this embodiment, the temperature of the lower aspherical mold 9 and the lower planar mold 20 is controlled to be higher than the temperature of the upper mold 5, and for this purpose, the set temperature of the lower mold heater 11 is set to the upper mold. The temperature is set higher than the set temperature of the heater 4. With such a setting, the temperature of the molding surfaces of the lower aspherical mold 9 and the lower planar mold 20 becomes higher than the temperature of the molding surface of the upper mold 5 and comes into contact with the molding surfaces of the lower aspherical mold 9 and the lower planar mold 20. The viscous frictional resistance of the glass being made can be made smaller than the viscous frictional resistance of the glass in contact with the molding surface of the upper mold 5. Thereby, the ridge line portion 29 is filled with the glass before the transfer region of the upper mold 5 is expanded.
[0061]
On the other hand, with regard to the press speed, when the press speed is high, the glass material 6 starts to be deformed before it is sufficiently heated, thereby obtaining the desired viscous frictional resistance of the glass acting between the molding surfaces. The glass material 6 is deformed and a good shape cannot be obtained. In this embodiment, the press speed is adjusted to an appropriate value, the glass material 6 is sufficiently heated and pressed in a state where a desired viscosity is obtained, thereby ensuring the glass filling property. Is possible.
[0062]
After the above control, as shown in FIG. 5, the pressure is kept at a light pressure (200 N) until the whole reaches a uniform temperature. 15-20N / mm 2 The pressure is gradually reduced to a temperature not higher than the glass transition point (500 ° C. or lower) while being pressurized with a press load, and when 480 ° C. is reached, nitrogen is blown to start rapid cooling. Then, when the temperature is lowered to around 200 ° C., the molded composite prism 23 is released.
[0063]
Table 1 shows the influence on the optical element (composite prism 23) when the set temperatures of the lower die heater 11 and the upper die heater 4 are changed in this embodiment. When the upper mold 5 is set to 540 ° C. and the lower molds 9 and 20 are set to 560 ° C., an optical element having good filling properties and surface accuracy is obtained. When the temperature difference between the upper mold and the lower mold is small, the filling of the ridge line portion 29 is insufficient. On the other hand, when the mold temperature difference is large, the filling property and surface accuracy are good. Is too good, but on the contrary, burrs are generated and become defective. In Table 1, “NG” indicates a defective product, and “OK” indicates a non-defective product (the same applies to Tables 2 and 3 described later).
[0064]
[Table 1]
Figure 2005001922
[0065]
Table 2 shows the influence on the optical element when the press speed at the time of molding is changed. As shown in the table, good shape and surface accuracy are obtained when the press speed is set to 2 mm / min, but good shape accuracy cannot be obtained when the press speed is 3 mm / min or more. This is because, when the pressing speed is 3 mm / min or more, the ridgeline portion 25 and the ridgeline portion 30 generate sagging before the ridgeline portion 29 is filled with glass.
[0066]
[Table 2]
Figure 2005001922
[0067]
Table 3 shows the influence on the optical element when the flow rate of the nitrogen gas released during the series of steps is changed. That is, the released nitrogen gas cools the temperature of the molding atmosphere, and is controlled so that the viscosity of the glass at the ridge line portion in the cavity and the viscosity of the center of the molding surface inside the glass material 6 are different. It is supposed to be. That is, by adjusting the flow rate of nitrogen gas, the glass temperature in the ridge line portion 25, the ridge line portion 28, and the ridge line portion 30 can be lowered, the viscous frictional resistance of these portions can be changed, and the filling property can be changed. As shown in Table 3, it is possible to obtain good shape accuracy and surface accuracy when the flow rate of nitrogen gas is 10 liters / min.
[0068]
[Table 3]
Figure 2005001922
[0069]
According to such an embodiment, since it becomes possible to fill the ridge line portion 29 with glass without generating burrs in the ridge line portion 25, the ridge line portion 28, and the ridge line portion 30, the shape accuracy is good. A non-rotating axisymmetric optical element can be formed. Further, since no waste occurs, the press load does not concentrate on the waste and can be applied to the entire surface, so that a non-rotating axisymmetric optical element with good surface accuracy can be formed.
[0070]
In addition to the above, heating can be performed so that the heating rates in the vicinity of the molding surfaces of the upper mold 5, the lower aspheric mold 9, and the lower flat mold 20 or in the vicinity of the ridge line in the cavity are different. This is possible by using materials having different thermal conductivities for the upper mold 5, the lower aspheric mold 9, and the lower flat mold 20. In this embodiment, the lower aspherical die 9 and the lower planar die 20 are made of cemented carbide, and only the material of the upper die 5 is changed from cemented carbide (thermal conductivity: 60 W / mk) to SiC (thermal conductivity). : 15 W / mk). In this way, by using different materials for the upper and lower molds, the heating rate in the vicinity of the molding surface in the upper and lower molds or in the vicinity of the ridge line in the cavity is changed, so that the viscosity of the glass in the filling process is increased. Distribution can be imparted. Thereby, an optical element with good shape accuracy can be molded without causing a filling failure.
[0071]
Furthermore, the friction resistance between the glass and the mold surface may be made different so that the surface roughness near the molding surface in the upper mold 5, the lower aspheric mold 9 and the lower planar mold 20 or in the vicinity of the ridge line in the cavity is different. Is possible. In this case, it becomes possible by performing a coating process such as sputtering on the molding surface of the mold. In this embodiment, the surface roughness (Ra) of the molding surface of the upper mold 5 is set to 30 nm, whereas the molding surfaces of the lower aspheric mold 9 and the lower planar mold 20 are subjected to a thin film coating process. The thickness (Ra) was 40 nm. By doing in this way, the optical element of non-rotating-axis object with high filling property was able to be shape | molded. The surface roughness was measured using the trade name “Tarisurf” (manufactured by Taylor Hobson Co., Ltd.) as a measuring instrument, with a measurement length of 1 mm, with the measurement point at the center and three ends. .
[0072]
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows a molding apparatus used in the second embodiment. In this embodiment, the auxiliary heater 31 is attached to the side surface portion of the lower aspherical die 9 close to the upper die 5, and the auxiliary heater 32 is attached to the side surface portion between the lower aspherical die 9 and the lower flat die 20. Further, an auxiliary heater 36 is attached to a side surface portion of the lower flat die 9 close to the upper die 5.
[0073]
In addition, the temperature control of the auxiliary heater 31 can be performed by inserting the auxiliary heater control thermocouple 33 in the lower aspherical mold 9. In addition, the auxiliary heater control thermocouple 34 is inserted below the positioning spacer 8, whereby the temperature of the auxiliary heater 32 can be controlled. Furthermore, the temperature control of the auxiliary heater 36 can be performed by inserting the auxiliary heater control thermocouple 35 into the lower plane mold 20.
[0074]
In this embodiment, after the upper mold 5 and the lower mold heater 11 are heated to 540 ° C. and the lower molds 9 and 20 are heated to 560 ° C., the lower molds 9 and 20 are set to the set temperatures by the auxiliary heaters 31 and 32. Heat at 580 ° C. In the composite prism 23 having this shape, the auxiliary heater 36 is formed without being used. However, depending on the shape of the optical element, the auxiliary heater 36 can be used in combination.
[0075]
The molding surface for molding the ridge line portion 28 is locally heated by the auxiliary heater 31 and the molding surface for molding the ridge line portion 29 is locally heated by the auxiliary heater 32. By these heating, the viscous frictional resistance of the portion of the glass that is in contact with the molding surface is reduced, so that the ridge line portion 29 can be satisfactorily filled with glass. For this reason, in this embodiment, it is possible to obtain good filling properties even at a press speed of 5 mm / sec.
[0076]
In such an embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the ridge line portion that is difficult to be filled is locally heated, so that it can be satisfactorily filled even if the press speed is increased, and the cycle time is shortened. can do. Moreover, even if it is an optical element with a thin ridgeline part, it can fill favorably.
[0077]
(Embodiment 3)
8 to 10 show a molding apparatus applied to Embodiment 3 of the present invention.
[0078]
In this molding apparatus, a tilt adjustment spacer 37 is attached to the upper surface of the lower spacer 12. The bottom surface of the tilt adjustment spacer 37 is processed cylindrically, and is similarly slidably supported on the upper surface of the lower spacer 12 formed cylindrically. The lower mold fixing plate 18 and the lower mold support spacer 19 are attached to the tilt adjustment spacer 37, and the lower aspheric mold 9 and the lower flat mold 20 incorporated in the positioning spacer 8 are attached to the lower mold support spacer 19. Is fixed. In such a structure, the tilt adjustment spacer 37 slides along the upper surface of the lower spacer 12 so that the angle formed by the molding surface of the lower aspherical die 9 and the surface perpendicular to the press axis is reduced. ing.
[0079]
A tilt adjustment spacer 38 is attached to the lower surface of the upper spacer 2. An upper mold fixing plate 7 that fixes the upper mold 5 is attached to the lower surface of the tilt adjustment spacer 38. The tilt adjustment spacer 38 is attached to the upper spacer 2 so that its die attachment surface is parallel to the die attachment surface of the lower tilt adjustment spacer 37. Similarly to the tilt adjustment spacer 37 on the lower mold side, the tilt adjustment spacer 38 on the upper mold 5 side can slide on the upper spacer 2 by contacting the upper spacer 2 in a cylindrical manner.
[0080]
In such an embodiment, the lower tilt adjustment spacer 37 acts as an inclination means for inclining the molding surface of the lower die (in this embodiment, the lower flat die 20) with respect to the press axis, and The tilt adjustment spacer 38 acts as an inclination means for inclining the molding surface of the upper mold 5 with respect to the press axis.
[0081]
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the upper and lower tilt adjustment spacers 37 and 38 are inclined with respect to the press axis direction while maintaining the state where the mold mounting surfaces are parallel. Then, after heating the upper die heater 4 and the lower die heater 11 to the set temperatures, respectively, the drive base 14 is driven by drive means (not shown) to start pressing.
[0082]
At this time, the press load 39 acting between the glass material 6 and the molding surface of the upper mold 5 is, as shown in FIG. 9, the vertical component force 40 acting on the molding surface of the upper mold 5 in the vertical direction and the horizontal. It is broken down into a component 41. The horizontal component 41 acts to push the glass material 6 in the direction of the ridge line portion 29. For this reason, the glass material 6 can be pressed while being biased toward the lower aspherical die 9 rather than the lower flat die 20. Thereby, it is possible to fill the ridge line portion 29 that is difficult to fill with glass.
[0083]
On the other hand, the press load 38 acting between the glass material 6 and the molding surface of the lower flat mold 20 also has a vertical component force 42 acting in a direction perpendicular to the molding surface of the lower flat mold 20, and a horizontal component force 43. Is broken down into Since the horizontal component force 43 becomes larger than when the mold is not inclined, the load for pushing the glass in the direction of the ridge line portion 28 increases. Thereby, it is possible to fill the ridge line portion 28 that is difficult to fill with glass. Thereby, as shown in FIG. 10, an optical element can be shape | molded in the state with which filling property became favorable.
[0084]
In such an embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, since the temperature distribution is not given to the glass, the step of soaking can be reduced, and thereby the cycle time can be shortened. Become.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for molding an optical element of the present invention, the flow rate of glass during molding is changed by changing one or more of the viscous frictional resistance, frictional resistance, and pressing direction of the glass. In order to change, the glass in a cavity formed with a molding surface can be filled with shape accuracy. Moreover, since the temperature is then uniformed and gradually cooled, a non-rotating axisymmetric optical element with good shape accuracy and surface accuracy can be formed.
[0086]
According to the optical element molding apparatus of the present invention, since the flow rate of the glass near the molding surface or the ridgeline can be changed, no filling failure occurs over the entire optical element, and the shape accuracy is good. Since the optical element can be molded and the occurrence of sagging can be suppressed, the press load acts on the entire surface, and an optical element with good surface accuracy can be molded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall cross-sectional view of a first embodiment of the present invention.
2A and 2B are a sectional view and a front view of a composite prism to be molded.
3 is a cross-sectional view in the middle of molding in Embodiment 1. FIG.
4 is a cross-sectional view from the right side of FIG. 3;
FIG. 5 is a control characteristic diagram in the case of molding according to the first embodiment.
FIGS. 6A to 6E are cross-sectional views showing molding states at points A to E in FIG. 5;
7 is a cross-sectional view of the second embodiment. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the third embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating generation of a component force in the third embodiment.
10 is a cross-sectional view of a molded state of the third embodiment. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Upper base
2 Upper spacer
3 Thermocouple for upper heater
4 Upper heater
5 Upper mold
6 Glass material
7 Upper mold fixing plate
9 Lower aspheric type
10 Thermocouple for lower heater control
11 Lower heater
12 Lower spacer
13 Lower base
18 Lower mold fixing plate
19 Lower mold support spacer
20 Lower plane type
23 Compound prism
25 Ridge line
27 Aspheric
28, 29, 30 Ridge part
31, 32 Auxiliary heater
33, 34, 35 Auxiliary heater control thermocouple
37, 38 Tilt adjuster
39 Press load

Claims (15)

少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する方法であって、
前記ガラス素材の流動速度を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態としてプレスすることによりキャビティ内にガラスを充填する工程と、型全体を均一な温度に加熱する工程と、型全体を均一な温度に冷却する工程とを備えていることを特徴とする光学素子の成形方法。By heat-pressing a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface, heat-softened glass is formed on the molding surface. A method of forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling the cavity,
A step of filling the cavity with glass by pressing the flow rate of the glass material in a different state between the central portion of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity, or in a different state between the molding surfaces; A method for molding an optical element, comprising: a step of heating to a temperature; and a step of cooling the entire mold to a uniform temperature. 少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する方法であって、
前記ガラス素材における成形面と接触する部分のガラスの粘度によって変化する粘性摩擦抵抗を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近で異なる状態または各成形面間で異なる状態としてプレスすることによりキャビティ内にガラスを充填する工程と、型全体を均一な温度に加熱する工程と、型全体を均一な温度に冷却する工程とを備えていることを特徴とする光学素子の成形方法。By heat-pressing a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface, heat-softened glass is formed on the molding surface. A method of forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling the cavity,
In the cavity by pressing the viscous frictional resistance, which varies depending on the viscosity of the glass in the glass material in contact with the molding surface, in a different state near the ridge line in the cavity and in the cavity or in a different state between the molding surfaces. A method of molding an optical element, comprising: filling a glass with glass; heating the entire mold to a uniform temperature; and cooling the entire mold to a uniform temperature. 少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する方法であって、
前記ガラス素材と型表面との摩擦抵抗を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近で異なる状態または各成形面間で異なる状態としてプレスすることによりキャビティ内にガラスを充填する工程と、型全体を均一な温度に加熱する工程と、型全体を均一な温度に冷却する工程とを備えていることを特徴とする光学素子の成形方法。By heat-pressing a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface, heat-softened glass is formed on the molding surface. A method of forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling the cavity,
Filling the cavity with glass by pressing the glass material and the mold surface in a different state near the ridgeline in the center of the molding surface and in the cavity, or in a different state between the molding surfaces, and the entire die A method for molding an optical element, comprising: a step of heating the mold to a uniform temperature; and a step of cooling the entire mold to a uniform temperature. 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の温度または各成形面間の温度が異なるように加熱することを特徴とする請求項２または３記載の光学素子の成形方法。4. The method of molding an optical element according to claim 2, wherein heating is performed so that a temperature between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or a temperature between the molding surfaces is different. 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の加熱速度または各成形面間の加熱速度が異なるように加熱することを特徴とする請求項２または３記載の光学素子の成形方法。4. The method of molding an optical element according to claim 2, wherein heating is performed so that a heating rate between the center portion of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity or a heating rate between the molding surfaces is different. 熱伝導率が異なった材質からなる型を用いて加熱速度を異なる状態とすることを特徴とする請求項５記載の光学素子の成形方法。6. The method of molding an optical element according to claim 5, wherein different heating rates are set using molds made of materials having different thermal conductivities. 上下の型における前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間の面粗さまたは各成形面間の面粗さが異なるようにしてガラス素材と型表面との摩擦抵抗を異なる状態とすることを特徴とする請求項３記載の光学素子の成形方法。The frictional resistance between the glass material and the mold surface is made different so that the surface roughness between the center part of the molding surface in the upper and lower molds and the vicinity of the ridge line in the cavity or the surface roughness between the molding surfaces are different. The method for molding an optical element according to claim 3. 前記プレスをキャビティ内における稜線の方向にガラスが流動する分力が発生する方向に対して行うことにより、ガラス素材の流動速度を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態とすることを特徴とする請求項１記載の光学素子の成形方法。By performing the pressing in the direction in which the component force that causes the glass to flow in the direction of the ridgeline in the cavity is generated, the flow rate of the glass material is different between the center portion of the molding surface and the vicinity of the ridgeline in the cavity, or each 2. The method for molding an optical element according to claim 1, wherein different states are formed between molding surfaces. 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線部分との間または各成形面間でガラス素材の粘度が異なるように冷却してガラス素材の粘性摩擦抵抗を異なる状態とすることを特徴とする請求項２記載の光学素子の成形方法。3. The glass material is cooled so that the viscosity of the glass material is different between the center portion of the molding surface and the ridge line portion in the cavity or between the molding surfaces, and the viscous frictional resistance of the glass material is made different. A method for molding the optical element described above. 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線部分との間または各成形面間でガラス素材の粘度が異なるようにプレス速度またはプレス圧力を制御してガラス素材の粘性摩擦抵抗を異なる状態とすることを特徴とする請求項２記載の光学素子の成形方法。Controlling the pressing speed or pressing pressure so that the viscosity of the glass material is different between the center portion of the molding surface and the ridge line portion in the cavity or between the molding surfaces, and making the viscous friction resistance of the glass material different. The method for molding an optical element according to claim 2, wherein: 請求項４〜７、９，１０の複数の手段を組み合わせてガラス素材の粘性摩擦抵抗または型表面の摩擦抵抗の少なくとも一方を異なる状態とすることを特徴とする請求項２または３記載の光学素子の成形方法。The optical element according to claim 2 or 3, wherein at least one of the viscous frictional resistance of the glass material and the frictional resistance of the mold surface is made different by combining a plurality of means according to claims 4-7, 9, and 10. Molding method. 少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する装置であって、
下記ａ、ｂ、ｃの少なくとも１つの手段により、ガラス素材における成形面と接触する部分のガラスの粘度によって変化する粘性摩擦抵抗を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態としてガラスをキャビティ内に充填する充填制御部と、型全体が均一な温度となるように制御する温度制御部と、型全体が均一な温度となるように冷却する冷却制御部とを備えていることを特徴とする光学素子の成形装置。
ａ 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間で温度が異なるように加熱を制御する手段
ｂ 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで加熱速度が異なるように加熱を制御する手段
ｃ ガラス素材内部の粘度とキャビティ内における稜線部分のガラス素材の粘度とが異なるようにプレス速度またはプレス圧力を制御する手段By heat-pressing a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface, heat-softened glass is formed on the molding surface. An apparatus for forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling a cavity to be formed,
By at least one of the following a, b, and c, the viscous frictional resistance that varies depending on the viscosity of the glass in the portion of the glass material that contacts the molding surface is different between the central portion of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity, or each A filling control unit that fills cavities with glass in different states between molding surfaces, a temperature control unit that controls the entire mold to a uniform temperature, and a cooling control that cools the mold to a uniform temperature An optical element molding apparatus.
a means for controlling the heating so that the temperature is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity b controls the heating so that the heating rate is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridge line in the cavity Means c: Means for controlling the press speed or pressure so that the viscosity inside the glass material and the viscosity of the glass material at the ridge line in the cavity are different. 少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する装置であって、
下記ｄ、ｅの少なくとも１つの手段により、ガラス素材と型表面との摩擦抵抗を前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで異なる状態または各成形面間で異なる状態としてガラスをキャビティ内に充填する充填制御部と、型全体が均一な温度となるように制御する温度制御部と、型全体が均一な温度となるように冷却する冷却制御部とを備えていることを特徴とする光学素子の成形装置。
ｄ 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近との間で温度が異なるように加熱を制御する手段
ｅ 前記成形面中心部とキャビティ内における稜線付近とで加熱速度が異なるように加熱を制御する手段By heat-pressing a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface, heat-softened glass is formed on the molding surface. An apparatus for forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling a cavity to be formed,
By at least one of the following means d and e, the glass is placed in the cavity so that the frictional resistance between the glass material and the mold surface is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridgeline in the cavity or between the molding surfaces. An optical system comprising: a filling control unit for filling; a temperature control unit for controlling the entire mold to have a uniform temperature; and a cooling control unit for cooling so that the entire mold has a uniform temperature. Element molding equipment.
d Means for controlling heating so that the temperature is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridgeline in the cavity e Controlling the heating so that the heating rate is different between the center of the molding surface and the vicinity of the ridgeline in the cavity means 少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する装置であって、
プレス軸方向に対して上型及び下型を傾斜させる傾斜手段を備えていることを特徴とする光学素子の成形装置。By heat-pressing a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface, heat-softened glass is formed on the molding surface. An apparatus for forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling a cavity to be formed,
An apparatus for molding an optical element, comprising tilting means for tilting an upper mold and a lower mold with respect to a press axis direction. 少なくとも１面以上の成形面を有した上型と少なくとも１面以上の成形面を有した下型との間に挿入されたガラス素材を加熱プレスすることにより、加熱軟化したガラスを成形面で形成されるキャビティに充填して非回転軸対称の光学素子を成形する装置であって、
プレス軸方向に対して上型及び下型を傾斜させる傾斜手段と、型全体が均一な温度となるように制御する温度制御部と、型全体が均一な温度となるように冷却する冷却制御部とを備えていることを特徴とする光学素子の成形装置。By heat-pressing a glass material inserted between an upper mold having at least one molding surface and a lower mold having at least one molding surface, heat-softened glass is formed on the molding surface. An apparatus for forming a non-rotating axisymmetric optical element by filling a cavity to be formed,
Inclination means for inclining the upper die and the lower die with respect to the press axis direction, a temperature control unit for controlling the entire die to have a uniform temperature, and a cooling control unit for cooling so that the entire die has a uniform temperature And an optical element molding apparatus.
JP2003165905A 2003-06-11 2003-06-11 Optical element molding method and molding apparatus Expired - Fee Related JP4197990B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003165905A JP4197990B2 (en) 2003-06-11 2003-06-11 Optical element molding method and molding apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003165905A JP4197990B2 (en) 2003-06-11 2003-06-11 Optical element molding method and molding apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005001922A true JP2005001922A (en) 2005-01-06
JP4197990B2 JP4197990B2 (en) 2008-12-17

Family

ID=34092207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003165905A Expired - Fee Related JP4197990B2 (en) 2003-06-11 2003-06-11 Optical element molding method and molding apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4197990B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008004489A1 (en) * 2006-07-03 2008-01-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing ceramic molded component, molding die used in the method and ceramic component
US7536869B2 (en) 2004-10-19 2009-05-26 Denso Corporation Vapor compression refrigerating apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7536869B2 (en) 2004-10-19 2009-05-26 Denso Corporation Vapor compression refrigerating apparatus
WO2008004489A1 (en) * 2006-07-03 2008-01-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing ceramic molded component, molding die used in the method and ceramic component
US8147949B2 (en) 2006-07-03 2012-04-03 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method of manufacturing ceramics molded component and mold employed therefor as well as ceramic component
CN101484286B (en) * 2006-07-03 2012-08-08 住友电气工业株式会社 Manufacturing method of ceramics molded part, mold used therein and ceramic molded part

Also Published As

Publication number Publication date
JP4197990B2 (en) 2008-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4865298B2 (en) Manufacturing method of glass strip
US7013676B2 (en) Press molding apparatus
US5766294A (en) Method and apparatus for producing an optical element using a molding block and a temperature effecting mechanism contacting the molding block for heat exchange
JPH09132417A (en) Method for forming glass optical element
JP4197990B2 (en) Optical element molding method and molding apparatus
JP2798208B2 (en) Glass gob molding method
JP3188676B2 (en) Method for manufacturing glass molded body
JP2010120788A (en) Method and apparatus for manufacturing optical element
JP2007186392A (en) Method of molding thermoplastic base material
JP2003104741A (en) Press forming apparatus for optical element and method for manufacturing optical element
JP4088451B2 (en) Manufacturing method of glass optical element
JPWO2009011403A1 (en) Press molding equipment
JPH0435427B2 (en)
JPH1129333A (en) Pressing machine for optical element glass and pressing optical element glass
US20140202212A1 (en) Press forming apparatus, press forming method, and mounting plate for press forming
JP2000233934A (en) Method for press-forming glass product and device therefor
JP2005001917A (en) Mold press-forming apparatus and method of manufacturing optical device
JP2952185B2 (en) Glass optical element molding method
JP2007076945A (en) Method and apparatus for molding glass lens
JP3246728B2 (en) Glass optical element molding method
JP3748130B2 (en) Optical element molding method
JP2723139B2 (en) Optical element molding method and molding apparatus
JP4094587B2 (en) Glass optical element molding method
JP2007112010A (en) Method and apparatus for molding thermoplastic material
JP2003054968A (en) Method for molding optical element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050628

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080513

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080610

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080724

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080916

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080930

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4197990

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131010

Year of fee payment: 5

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees