JP2005067980A - 光学素子の成形装置及び光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸の大きな光学素子や、成形前後の厚さが極端に異なる光学素子等の転写性を向上させ、成形後の厚みのバラツキを防止する。
【解決手段】光学素子の成形装置は、加熱軟化されたガラス素材１を成形型２，３によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする。成形型２，３の底面に当接し且つ当接面近傍に空洞部７ｃ、９ｃを有する軸６，８と、軸６，８及び成形型２，３を駆動させてガラス素材１をプレスする加圧手段１０と、プレスされたガラス素材１が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったことを検出する検出手段１１，１２と、検出手段１１，１２の出力に基づいて、ガラス素材１を加圧手段１０でプレスした状態のままで軸６，８の空洞部７ｃ、９ｃに冷却媒体を供給することにより成形型を底面から冷却させる供給手段１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス素材をプレス成形することにより、レンズ、プリズム等の光学素子を高精度に成形する成形装置及び成形方法に関する

カメラやビデオ、顕微鏡等の光学機器或いはレーザー機器では、その光学系に球面レンズや非球面レンズなどのレンズが組み込まれている。このレンズは精密プレスによって高精度となるように成形されるものである。精密プレスによって光学素子を成形する従来の方法としては、特許第２９５４４２７号公報及び特許第３１４２５７３号公報に開示されている。

特許第２９５４４２７号公報の方法は、一対の型部材を閉成し、型部材の成形面をプレス工程によりガラス素材に転写するものであり、型部材の近接速度を検出し、近接速度が１μｍ／ｓｅｃ以下となったときに、押し切り状態と判定し、直ちに型部材を冷却工程に移行させることによりガラスの成形を行っている。

特許第３１４２５７３号公報の方法では、プレス軸の駆動源としてサーボモーターを用い、そのトルクをウォームジャッキなどの伝達機構を介してプレス軸の直線運動推進力に変換している。そして、位置検出器によるサーボモーターのトルク制御を用い、成形中のガラス素材の厚さを変形させることなく且つガラス素材と金型とが離れないような位置に移動金型を保持しながら冷却工程へ移行して光学素子を成形するようになっている。
特許第２９５４４２７号公報 特許第３１４２５７３号公報

特許第２９５４４２７号公報の方法では、ガラス素材に転写するプレス工程において、一対の型部材の近接速度が１μｍ／ｓｅｃ以下となったときに、型部材の近接動作が略終了した状態であると判断し冷却工程へと移行するが、接近速度が１μｍ／ｓｅｃ以下では、プレス速度があまりにも遅いため、凹凸の大きな光学素子を成形する場合や、光学素子の径が大きい場合などの複雑な形状の場合には、成形面全体に転写が行き渡ることがなく、転写性が低下する問題を有している。

特許第３１４２５７３号公報の方法では、サーボモーターに加える電流値を閉ループとしてトルク制御することにより、ガラスと金型とが離れない状態を保持しながら冷却工程に移行してガラス素材が変形可能なプレス力で最終プレスを行うが、上下の金型が最終の閉じ状態の若干手前の位置で、ガラス素材が変形しないような小さなトルク制御に切り替えるため、トルクを切り替える際の複雑な制御が必要で、凹凸の大きな光学素子を成形する場合においてはガラス素材への転写性が確保できない問題を有している。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、プレス圧力等の複雑な制御を行うことなく、凹凸の大きな光学素子や成形前後での厚みが極端に異なっている光学素子さらには径が大きい光学素子などの複雑な形状の光学素子であっても、転写性を向上させることができ、これにより光学素子を高精度に成形することが可能な光学素子の成形装置及び成形方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明のガラス素子の成形装置は、加熱軟化されたガラス素材を成形型によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする光学素子の成形装置において、前記成形型の底面に当接し且つ当接面近傍に空洞部を有する軸と、前記軸及び成形型を駆動させて前記ガラス素材をプレスする加圧手段と、プレスされたガラス素材が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったことを検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて、ガラス素材を前記加圧手段でプレスした状態のままで前記軸の空洞部に冷却媒体を供給することにより成形型を底面から冷却させる供給手段と、を具備することを特徴とする。

請求項１の発明では、成形型によってプレスされたガラス素材が所望の肉厚になったことを検出手段が検出し、この検出に基づき、ガラス素材をプレスしたままの状態で冷却手段が成形型を底面から冷却させ、ガラス素材を冷却するものである。

このような請求項１の発明では、ガラス素材が固化する速度によって光学素子の肉厚を制御するものであり、プレス圧力を変更する必要なく、転写性を向上させることができる。このため、プレス圧力等の複雑な制御を行う必要がないと共に、凹凸の大きな光学素子や成形前後での厚みが極端に異なっている光学素子、径が大きい光学素子などの複雑な形状の光学素子であっても、高精度に成形することができる。

請求項２の発明のガラス素子の成形装置は、加熱軟化されたガラス素材を成形型によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする光学素子の成形装置において、前記成形型の底面に当接する筒状の軸と、前記軸内に挿入されており、前記成形型の底面に当接することにより成形型を底面から冷却させる冷却部材と、前記冷却部材内に冷却媒体を供給する供給手段と、前記軸及び成形型を駆動させて前記ガラス素材をプレスする加圧手段と、プレスされたガラス素材が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったことを検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて、ガラス素材を前記加圧手段でプレスした状態のままで、前記冷却部材を前記成形型の底面に当接させる駆動手段と、を具備することを特徴とする。

請求項２の発明では、成形型によってプレスされたガラス素材が所望の肉厚になったことを検出手段が検出し、この検出に基づき、ガラス素材をプレスしたままの状態で冷却部材が成形型を底面に当接してガラス素材を底面から冷却させるものである。

このような請求項２の発明においても、ガラス素材が固化する速度によって光学素子の肉厚を制御するものであり、プレス圧力を変更する必要なく、転写性を向上させることができ、従って、プレス圧力等の複雑な制御を行うこと必要がないと共に、凹凸の大きな光学素子や成形前後での厚みが極端に異なっている光学素子、径が大きい光学素子などの複雑な形状の光学素子であっても、高精度に成形することができる。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光学素子の成形装置であって、前記冷却媒体を温度制御可能に蓄えるタンクをさらに具備し、前記冷却媒体は前記供給手段によってタンクから前記軸の空洞部または冷却部材内に供給された後、タンクに再度回収されることを特徴とする。

請求項３の発明では、冷却媒体を再度回収するタンク内で冷却媒体を温度制御するため、冷却による光学素子へのばらつきを軽減させることができ、さらに高精度に成形することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の成形装置であって、前記冷却媒体を前記軸の内部または冷却部材の内部から抜き取る抜き取り手段をさらに具備することを特徴とする。

請求項４の発明では、冷却媒体を抜き取ることにより、軸の温度管理が容易となると共に、安全性が向上する。

請求項５の発明の光学素子の成形方法は、加熱軟化されたガラス素材を成形型によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、前記成形型の底面に当接し且つ当接面近傍に空洞部を有する軸及び前記成形型を駆動させてガラス素材をプレスするプレス工程と、プレスされたガラス素材が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったときに、前記ガラス素材を成形型でプレスした状態のままで、前記軸の空洞部に冷却媒体を供給して前記成形型の底面から冷却させる冷却工程と、を有することを特徴とする。

請求項５の発明では、プレスによりガラス素材が所望の肉厚になったとき、ガラス素材をプレスしたままの状態で成形型を底面から冷却させるため、光学素子の肉厚をガラス素材が固化する速度によって制御することができる。このような方法では、プレス圧力を変更する必要なく、転写性を向上させることができ、従って、プレス圧力等の複雑な制御を行うこと必要がないと共に、凹凸の大きな光学素子や成形前後での厚みが極端に異なっている光学素子、径が大きい光学素子などの複雑な形状の光学素子であっても、高精度に成形することができる。

請求項６の発明の光学素子の成形方法は、加熱軟化されたガラス素材を成形型によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、前記成形型の底面に当接する筒状の軸及び前記成形型を駆動させてガラス素材をプレスするプレス工程と、プレスされたガラス素材が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったときに、前記ガラス素材を成形型でプレスした状態のままで、冷却媒体が供給されている冷却部材を成形型の底面に当接させて成形型の底面から冷却させる冷却工程と、を有することを特徴とする。

請求項６の発明では、プレスされたガラス素材が所望の肉厚になったとき、ガラス素材をプレスしたままの状態でガラス素材を成形型の底面から冷却させるため、光学素子の肉厚をガラス素材が固化する速度によって制御することができ、プレス圧力を変更する必要なく、転写性を向上させることができる。このため、プレス圧力等の複雑な制御を行うこと必要がないと共に、凹凸の大きな光学素子や成形前後での厚みが極端に異なっている光学素子、径が大きい光学素子などの複雑な形状の光学素子であっても、高精度に成形することができる。

請求項７の発明は、請求項５または６に記載の光学素子の成形方法であって、前記冷却媒体は、前記軸の空洞部または前記冷却部材内に供給した後、温度制御可能なタンクに再度回収することを特徴とする。

請求項７の発明では、タンク内で冷却媒体を温度制御するため、冷却による光学素子へのばらつきを軽減させることができ、さらに高精度に成形することができる。

請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載の光学素子の成形方法であって、前記冷却工程後、前記冷却媒体を前記軸の内部または前記冷却部材の内部から抜き取る抜き取ることを特徴とする。

請求項８の発明では、冷却媒体を抜き取るため、軸の温度管理が容易となると共に、安全性が向上する。

本発明の光学素子の成形装置によれば、ガラス素材が所望の肉厚になったことを検出したとき、ガラス素材をプレスした状態のままで成形型の底面を冷却して光学素子を冷却することにより、ガラス素材の固化速度によって光学素子の肉厚を制御するため、プレス圧力を変更する必要なく、転写性を向上させることができ、従って、プレス圧力等の複雑な制御を行う必要がないと共に、凹凸の大きな光学素子や成形前後での厚みが極端に異なっている光学素子、径が大きい光学素子などの複雑な形状の光学素子であっても、高精度に成形することができる。

本発明の光学素子の成形方法によれば、プレスによりガラス素材が所望の肉厚になったとき、ガラス素材をプレスしたままの状態で成形型を底面から冷却させることにより、光学素子の肉厚をガラス素材の固化速度によって制御するため、プレス圧力を変更する必要なく、転写性を向上させることができ、従って、プレス圧力等の複雑な制御を行う必要がないと共に、凹凸の大きな光学素子や成形前後での厚みが極端に異なっている光学素子、径が大きい光学素子などの複雑な形状の光学素子であっても、高精度に成形することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における成形装置を示し、加熱軟化されたガラス素材１を光学素子の形状に転写する成形型としての上型２及び下型３が対向するように配置されている。

転写面との反対側である上型２の底面は、上型取付部材４によって上軸６に取り付けられており、同様に転写面との反対側である下型３の底面が下型取付部材５によって下軸８に取り付けられている。上型２及び下型３の取り付けは、型２、３の底面と対応した軸６、８の面とが全面接触等によって密着していることが望ましい。型２、３及び軸６、８は、良好な熱伝導率の材質によって成形されるものであり、例えば、Ｎｉ系の超硬金属やマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４４０等）によって成形されている。なお、ガラス素材１としては、例えば、商品名「ＬＡＭ６０」を使用することができる。

上軸６及び下軸８の内部には、上軸冷却路７及び下軸冷却路９がそれぞれ形成されている。これらの冷却路７、９は、いずれもそれぞれの軸６、８の根元から軸方向に沿って穿設された所定径（例えば直径４ｍｍ）の流入穴７ａ、９ａと、流入穴７ａ、９ａに連通するように形成された円柱状の空洞部７ｃ、９ｃと、空洞部７ｃ、９ｃに連通して軸方向に延びることにより各軸６、８の根元に折り返す所定径（例えば直径４ｍｍ）の流出穴７ｂ、９ｂとによって形成されている。各軸６、８の空洞部７ｃ、９ｃは、それぞれの軸６、８の先端部分を均等に冷却するものであり、対応した型２、３の底面に近接した位置に形成されている。これにより、上型２及び下型３の底面部分を効率良く冷却することが可能となっている。

上軸冷却路７及び下軸冷却路９は、冷却媒体としての純水１５を貯留したタンク１６に接続されている。この接続は、供給手段としてのポンプ１４と、ポンプ１４から各冷却路７、９の流入穴７ａ、９ａに接続される供給パイプ１７と、各冷却路７、９の流出穴７ｂ、９ｂからポンプ１４に接続される排出パイプ１８とによって行われる。この場合、排出パイプ１８はタンク１６の蓋部分に備えられた排出口１９に連結されており、各冷却路７、９に供給された純水１５は排出口１９からタンク１６に再度回収されるようになっている。

純水１５の回収においては、高熱状態の軸６，８に冷水が流れ込むため、蒸気が発生することがある。このためポンプ１４としては、蒸気圧にも耐え得る高圧ポンプを用いることが好ましい。また、排出口１９としては開放状態が好ましい。ポンプ１４の冷却水圧を確保して純水１５の流速をできる限り早いものにすることにより、軸６，８の均一冷却を確保するためである。

上軸６の上部は、同軸６を上下方向に駆動するプレスシリンダ１０に連結されている。プレスシリンダ１０は加圧手段として機能するものであり、エア圧によって駆動される。従って、ガラス素材１へのプレス圧はプレスシリンダ１０へのエア圧を変化させることにより調整することができる。このような構造では、ガラス素材１への加圧は上軸６から上型２を介して行われる。

このようなプレスシリンダ１０の駆動による上軸６の上下位置に対し、その位置を表示するスリット１１が上軸６に設けられている。スリット１１には、検出手段としての位置検出器１２が配置されており、この位置検出器１２が制御器１３に接続されることにより、検出信号が制御器１３に送出される。

制御器１３は、ポンプ１４に供給信号を送るようにも駆動し、この供給信号によりポンプ１４が駆動して上軸冷却路７及び下軸冷却路９に純水１５が供給される。すなわち、ポンプ１４が駆動することにより、純水１５はタンク１６から汲み上げられ、供給パイプ１７から上軸冷却路７及び下軸冷却路９を通過して、軸６、８の内部に入り込み、型２、３の底面近傍を冷却し、その後、排出パイプ１８から排出口１９を通ってタンク１６に回収される。

供給パイプ１７には、抜き取り手段としての水抜きバルブ２０が連結されている。水抜きバルブ２０には、エアパイプ２１が接続されており、水抜きバルブ２０が開閉駆動することにより、供給パイプ１７、各軸の冷却路７、９及び排出パイプ１８にエアを供給する。供給されたエアの圧力により、これらの内部に存在している純水１５をタンク１６に排出することができる。このような水抜きバルブ２０を設けることにより、供給パイプ１７、上軸冷却路７、下軸冷却路９及び排出パイプ１８の内部から純水１５を取り除くことができる。従って、上軸６、下軸８の内部に純水１５が入ったままでの加熱を防止することができ、これにより加熱効率の低下を阻止することが可能となっている。

次に、この実施の形態による光学素子の成形を説明する。

ＬＡＭ６０等からなるガラス素材１を上型２及び下型３の間にセットし、上型２、下型３及びガラス素材１を加熱してガラス素材１を軟化する。このとき、上型２、下型３の温度は５８０℃に設定して加熱する。この加熱では、上軸６及び下軸８も加熱の影響を受けるため、軸６，８の先端部分（型に近い部分）は約５８０℃になる。また、ガラス素材１も５８０℃に加熱された状態となって成形が行われる。

軟化しているガラス素材１（以下、軟化ガラス１）を上型２、下型３で挟み、プレスシリンダ１０により２００ｋｇｆの圧力で加圧する。プレスシリンダ１０はガラス素材１をプレスするため、軟化ガラス１は徐々に薄くなり上軸６が徐々に下方へ移動する。下方へ移動する前段では、スリット１１と位置検出器１２の距離を図２のように設定するものである。

すなわち、図２に示すように、冷却開始位置、すなわちスリット１１と位置検出器１２との接触位置は、成形品規格Ｓ（最終肉厚が２ｍｍ）と型・軸冷却中のプレス移動量αに基づいて設定するものである。このプレス移動量αは、上型２の下降速度が０．０１〜０．０２ｍｍ／ｓｅｃのとき、約０．０１〜０．０２ｍｍとなるように設定する。なお、この速度は、軟化ガラス１の粘度およびプレスシリンダ１０の圧力により自在に調整することができる。

上軸２が約０．０１ｍｍ／ｓｅｃ〜０．０２ｍ／ｓｅｃの速度で下降すると同時に、スリット１１も位置検出器１２に向けて約０．０１ｍｍ／ｓｅｃ〜０．０２ｍｍ／ｓｅｃの速度で近づき、あらかじめ設定した位置、すなわち軟化ガラス１が最終肉厚よりも厚い所定の肉厚になる位置に、スリット１１が到達する。これによりスリット１１が位置検出器１２に接触し、検出信号が制御器１３に送出される。制御器１３は、ポンプ１４を駆動するため、純水１５が供給パイプ１７を経由して上軸冷却路７及び下軸冷却路９へ流れる。

図３は、このときにおける温度分布の状態を示し、純水１５が上軸冷却路７及び下軸冷却路９に流れることにより、上軸６及び下軸８が冷却され、次いで上型２及び下型３が底面から冷卸される。上型２、下型３が底面より徐々に冷却され、次いで型の成形面から熱を奪うため軟化ガラス１の冷却が開始される。

プレスシリンダ１０によるプレス圧が２００ｋｇｆの状態で、軟化ガラス１が冷却されるため、軟化ガラス１の粘度がプレスシリンダ１０の圧力でも潰れない硬さまでプレスシリンダ１０が移動する。図４に示すように、軟化ガラス１における凹凸量の幅が３ｍｍ程度のとき、冷却中の移動量αは上記条件では約０．１ｍｍ±０．００３程度である。凹凸幅が大きなガラス素子１に対する転写性をさらに向上させるには、この移動量を大きくすることで対応することができる。そして、ガラスの硬さとプレスシリンダ１０の力が相互に等しくなったとき、またはガラスがプレスシリンダ１０の圧力に負けない状態を形成させることによりガラスへの転写精度を向上させる。

冷却中における軸移動距離α（ｍｍ）が約０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍとなる場合は、位置検出器１２の位置と軸冷却工程での移動距離αのバラツキ量がガラス素子の厚みのバラツキとなる。移動距離αは軟化ガラス１の粘度または温度設定、プレスシリンダ１０の圧力さらには上型２、下型３及び上軸６、下軸８の熱伝導率、熱伝達率、純水１５の温度の変化によって若干の変化を生じる。この実施の形態では、型２，３の材料として、熱伝導率が６３ｗ／ｍｋの金属、上軸６及び下軸８の材料として、熱伝導率０．０４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃のＳＵＳを用いている。また、純水の温度は２４℃±３℃に温度調節している。

なお、上型２と上軸６、下型３と下軸８は接触状態にも影響されるため、上型取付部材４と下型取付部材５により密着に近い状態での取り付けを行っている。このため、型２，３の底面と軸６，８の当接面における取付部位は、面粗さが１．６５程度となっている。

図５（ａ）は、プレスシリンダ１０により軟化ガラス１をプレスするプレス時間と軟化ガラス１の温度の関係を示す。軟化ガラスが固化するまでの温度範囲にバラツキを生じると、ガラスが固化するまでの時間にバラツキが生じる。軸６，８に純水１５を流す時間のバラツキを△ｔａ、純水１５を流さないで固化させる場合のバラツキ時間を△ｔｂとすると、軸６，８に純水を流さないでガラスを固化させる場合（特性曲線Ｆ）よりも、軸を急速に冷却する場合（特性曲線Ｅ）の方がガラス転移点Ｔｇよりも低いガラス固化温度を一瞬に通過するため、固化温度バラツキ幅とそれに伴う時間のバラツキは、軸を急速に冷却した方が良くなる。すなわち、図５（ａ）における特性曲線Ｆ及びＥに示すように、温度と時間の勾配がかなり遅い速度で行われているため、△ｔａ＜△ｔｂとなる。

図５（ｂ）は、軟化ガラス１の急速冷却時間と徐冷時間との成形後の軟化ガラスの厚みバラツキを比較したものであり、純水による冷却を行わない場合の厚みばらつき△Ｓａに対して、純水による冷却を行った場合の厚みばらつき△Ｓｂは、△Ｓａ＜△Ｓｂとなる。このように成形後のガラスの厚みのバラツキは、急速に冷却することによりそれだけ軽減される。

凹凸の大きなガラス素子１は、その凹凸以上に軟化ガラス１のプレス量を大きくする必要があるため、軟化ガラスの変化速度を大きくすることにより効率の良い成形ができる。プレスシリンダ１０の速度を早くし、凹凸量の大きなガラスの転写性を向上させながら、さらに成形後のガラスの厚みのバラツキ軽減を軸６，８の急速冷却を行うことで可能となっている。

なお、冷却工程では、上下の型２，３によってプレスされた状態で軟化ガラス１を例えば、６００℃から２００℃まで冷却する。このときの冷却速度は、１〜５℃／ｓｅｃである。冷却速度を１℃／ｓｅｃよりも遅くすると、軟化ガラス１が固化しにくく、肉厚が安定しない問題があり、５℃／ｓｅｃよりも速くすると、軟化ガラス１が早期に固化して面精度が低下するためである。

図６は、軸６，８の冷却を行う他の形態を示し、（ａ）では、空洞部７ｃ、９ｃが円筒状となっており、中央部分を廻る通路となっており、（ｂ）では、空洞部７ｃ、９ｃが渦巻き状となっている。このような形態では、冷却効率をさらに向上させたり、冷却温度をさらに均一化することができる。

このような実施の形態では、軟化ガラス１を一定圧力で加圧しながら、上下軸６，８に設けた冷却路７，９に純水１５を流すことにより、型１，２の底面から急速に冷却して軟化ガラス１を固化させるため、凹凸の大きな光学素子の成形をトルク制御を用いることなく可能とすることができる。また、成形前と成形後の厚みが極端に異なった光学素子や、径が大きな光学素子や複雑な形状の光学素子の厚みバラツキを型底面を急速に冷却することによって軽減することができるため、バラツキの少ない変形量の大きな成形が可能となる。

また、軸６，８を急速に冷却することによって冷却時間を短縮することができるため、生産効率を向上させることが可能となる。なお、冷却媒体の経路の形状を変更することにより、型への冷却効率や均等冷却を行うことが可能になるため、成形品の品質が安定し、高品質の光学素子を成形することができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における成形装置を示す。

この実施の形態では、上軸６及び下軸８が筒状となることにより、内部が空洞となっている。これらの空洞部分には、冷却部材としての上軸冷却棒２２及び下軸冷却棒２３が挿入されている。これらの冷却棒２２，２３２は、その根元の穴から軸６，８の先端近くの面を均等に冷却できるような溝を有し軸６，８の根元へと折り返す穴が設けられている。この場合、穴を螺旋状にすることにより、さらに冷却機能を向上させることができる。なお、上下軸の冷却棒２２，２３は型２，３から熱を奪うために熱伝達率の良い材料を用いることが好ましい。

これらの冷却棒２２，２３には、冷却媒体としての油１５ａが供給される。油１５ａは、タンク１６に貯留されており、ポンプ１４の駆動により汲み上げられて供給パイプ１７から冷却棒２２，２３に供給され、その後、冷却棒２２，２３から排出パイプ１８により排出口１９へ排出され、タンク１６に再度回収される。なお、タンク１６の内部には、温度調節器３４からの調節管３４ａが挿入されており、これによりタンク１６内の油１５ａの温度が一定の温度（２５℃前後）に調整されるようになっている。

上軸６の上部には、同軸６を上下方向に駆動して軟化ガラス１に圧力を作用させるプレスシリンダ１０が連結されている。これに加えて、上軸６の上部には、上軸冷却棒２２を上下方向に駆動させる駆動手段としての上棒シリンダ３２が配置されている。上棒シリンダ３２が駆動することにより、上軸冷却棒２２が上軸２の底面に接触するようになっている。同様に下軸８には、下棒シリンダ３３が配置されて、下軸冷却棒２３を下軸３の底面に接触させるようになっている。

上軸６及び下軸８の側面には、上部検出センサ２７及び下部検出スリット２６が対向するように取り付けられている。これらの検出センサ２７及び検出スリット２６は、上軸６と下軸８との距離を検出する検出手段となっている。そして、検出センサ２７が上軸６と下軸８との距離を検出することにより、その検出信号が上部信号検出器２４に出力され、これに基づいて上軸冷却棒２２の駆動弁２５が駆動する。

２８は上軸６の側面に取り付けられた上部検出スリットであり、２９はこれに対応するように下軸８の側面に取り付けられた下部検出センサである。これらの検出スリット２８及び検出センサ２９は上軸６と下軸８との距離を検出する検出手段となっており、下部検出センサ２９の検出信号が下部信号検出器３０に出力され、これに基づいて下軸冷却棒２３の駆動弁３１が駆動する。

この実施の形態では、６００℃に加熱した軟化ガラス１を５５０℃に加熱した上型２、下型３の間に搬送し、上型２、下型３によって軟化ガラス１をプレスする。この工程においては、軟化ガラス１を上型２、下型３で挟み、プレスシリンダ１０の圧力を５００ｋｇｆに設定して上軸６を徐々に下方に移動させる。この移動によって軟化ガラス１のプレスが行われる。移動速度は０．０５ｍｍ／ｓｅｃ）程度であり、その速度は、軟化ガラス１の粘度及びプレスシリンダ１０へのエア流入量により調整可能となっている。

上軸６が下方へ移動する前段では、下部検出スリット２６と上部検出センサ２７との距離を上部信号検出器２４へ順次、出力して上下の型２，３の距離を表示している。さらに上部検出スリット２８と下部検出センサ２９の距離も下部信号検出器３０へ順次、出力する。そして、これらの上部信号検出器２４と下部信号検出器３０のバラツキを検知しながら、上棒シリンダ３２と下棒シリンダ３３へ信号を送出し、対応している駆動弁２５及び３１を駆動させる。

軟化ガラス１のプレス量を４ｍｍとした場合は、上下の信号検出器２４，３０の表示がその値を示したときに、上下の冷却棒２２，２３のそれぞれを上下の型２，３に接触させる。上下の冷却捧２２，２３が型２，３の底面に接触すると、これらの型２，３は底面から冷却されるため、軟化ガラス１から熱を奪い、軟化ガラス１を固化させる。上下の冷却棒は熱を奪うため温度が一時的に１０℃程度上昇するが、循環する油１５ａが温度調節器３４によって温度コントロールされているため、タンク１６の温度調整及び油１５の供給量を多くすることにより上昇度合いを軽減できる。

軟化ガラス１はプレスシリンダ１０の圧力によって加圧されながら徐々に固化して、プレス圧力によって変形ができない硬さまで固化する。そのとき、ガラス素子１の厚みが決定される。さらに軟化ガラス１を冷却し、取り出し可能温度まで冷却した後、成形した光学素子を上下の型２，３の間から取り出す。冷却が終了した時点では、上下の冷却棒２２，２３を上下の型２，３との接触状態から解除して次段の成形を行う。

このような実施の形態では、プレスシリンダ１０によって一定圧力で軟化ガラス１を加圧しながら、上下の軸６，８に備えてある冷却棒２２，２３を上下の型２，３の底面に押し当てて型の冷却を行い、これにより、軟化ガラス１を冷却固化させるため、トルク制御等の複雑な制御を用いることなく、凹凸の大きな光学素子の成形を行うことができる。また、成形前と成形後の厚みが極端に異なった光学素子や、径が大きな光学素子や複雑な形状の光学素子への転写性を向上させることができると共に、成形後の光学素子の厚みバラツキを軽減することができ、これにより潰し量の大きな成形（変形量の大きな成形）が可能となる。

また、冷却棒２２，２３を型２，３の底面に押し当てて型２，３を急速に冷却し、さらには、型への冷却棒２２，２３の接触状態を一定に確保することにより、冷却時間を短縮することができ、生産効率を向上させることができ、しかも、安定した成形が可能となる。さらに、上下の冷却棒２２，２３を常時冷却するため、温度コントロールを行い易く、成形品である光学素子の品質が安定する。

本発明の実施の形態１における成形装置の正面図である。 実施の形態１における冷却開始位置の条件を示す正面図である。 冷却工程における熱の分布を示す断面図である。 ガラス素材の成形前後を示す正面図である。 型を冷却した場合としない場合における軟化ガラスのバラツキ及び厚さを示す特性図である。 上軸及び下軸の冷却構造の別の形態を示す断面図である。 実施の形態２における成形装置の正面図である。

符号の説明

１ ガラス素材
２ 上型
３ 下型
６ 上軸
７ 上軸冷却路
８ 下軸
９ 下軸冷却路
１０ プレスシリンダ
１１ スリット
１２ 位置検出器
１５ 純水
１６ タンク
２０ 水抜きバルブ

Claims (8)

1. 加熱軟化されたガラス素材を成形型によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする光学素子の成形装置において、
   前記成形型の底面に当接し且つ当接面近傍に空洞部を有する軸と、
   前記軸及び成形型を駆動させて前記ガラス素材をプレスする加圧手段と、
   プレスされたガラス素材が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったことを検出する検出手段と、
   前記検出手段の出力に基づいて、ガラス素材を前記加圧手段でプレスした状態のままで前記軸の空洞部に冷却媒体を供給することにより成形型を底面から冷却させる供給手段と、
   を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。
2. 加熱軟化されたガラス素材を成形型によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする光学素子の成形装置において、
   前記成形型の底面に当接する筒状の軸と、
   前記軸内に挿入されており、前記成形型の底面に当接することにより成形型を底面から冷却させる冷却部材と、
   前記冷却部材内に冷却媒体を供給する供給手段と、
   前記軸及び成形型を駆動させて前記ガラス素材をプレスする加圧手段と、
   プレスされたガラス素材が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったことを検出する検出手段と、
   前記検出手段の出力に基づいて、ガラス素材を前記加圧手段でプレスした状態のままで、前記冷却部材を前記成形型の底面に当接させる駆動手段と、
   を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。
3. 前記冷却媒体を温度制御可能に蓄えるタンクをさらに具備し、
   前記冷却媒体は前記供給手段によってタンクから前記軸の空洞部または冷却部材内に供給された後、タンクに再度回収されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の成形装置。
4. 前記冷却媒体を前記軸の内部または冷却部材の内部から抜き取る抜き取り手段をさらに具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の成形装置。
5. 加熱軟化されたガラス素材を成形型によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、
   前記成形型の底面に当接し且つ当接面近傍に空洞部を有する軸及び前記成形型を駆動させてガラス素材をプレスするプレス工程と、
   プレスされたガラス素材が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったときに、前記ガラス素材を成形型でプレスした状態のままで、前記軸の空洞部に冷却媒体を供給して前記成形型の底面から冷却させる冷却工程と、
   を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
6. 加熱軟化されたガラス素材を成形型によってプレスして冷却することにより所望の光学素子とする光学素子の成形方法において、
   前記成形型の底面に当接する筒状の軸及び前記成形型を駆動させてガラス素材をプレスするプレス工程と、
   プレスされたガラス素材が最終肉厚よりも厚い所望の肉厚になったときに、前記ガラス素材を成形型でプレスした状態のままで、冷却媒体が供給されている冷却部材を成形型の底面に当接させて成形型の底面から冷却させる冷却工程と、
   を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
7. 前記冷却媒体は、前記軸の空洞部または前記冷却部材内に供給した後、温度制御可能なタンクに再度回収することを特徴とする請求項５または６に記載の光学素子の成形方法。
8. 前記冷却工程後、前記冷却媒体を前記軸の内部または前記冷却部材の内部から抜き取る抜き取ることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の光学素子の成形方法。

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