JP2005104806A - 光学素子の成形装置及び成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】胴型による上下型の光軸合わせを摩耗が発生することなく、且つ簡単に行うことができ、光学素子の成形を高精度に行う。
【解決手段】成形装置１は、光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする。加熱軟化された光学ガラス素材をプレスする一対の成形型と、一対の成形型が挿入可能な空間４ａを有する胴型４と、一対の成形型を胴型４の内面に当接させて位置決めするため、一対の成形型が胴型４内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型４を光軸に対して前記交差する方向に移動させる移動手段５とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学ガラス素材を加熱加圧してレンズ、プリズム等の光学素子を成形する成形装置及び成形方法に関する。

光学素子の成形では、対向する上下の型を胴型内に挿入し、胴型内で上下の型を摺動させてプレス成形することが行われている。このような構造の従来の成形装置としては、特開平７−２５３５号公報に開示されている。

この従来の成形装置は、光学ガラス素材を挟んだ上型及び下型を胴型に摺動可能に挿入することにより上下型の光軸を芯合わせ状態とし、この状態で上下一対のプレスヘッドの間に設置する構造となっている。これに加えて、胴型を挟持して固定する胴型固定ヘッドが配置されている。このような構造の成形装置では、加熱によって光学ガラス素材が変形可能な温度に達したとき、胴型固定ヘッドが胴型を挟持して胴型の位置規制を行い、その後、上型を移動させて光学ガラス素材を加圧変形させて光学素子を成形する。
特開平７−２５３５号公報

上述した従来の成形装置では、胴型の内面と上下型の外面とが接触した状態となっており、この接触状態で上下型（上型）が胴型内を摺動する。すなわち、胴型はクリアランスがゼロとなるように上下型を挟むものであり、胴型及び上下型がいずれも剛体によって成形されていることから、これらにおける接触部分が必然的に摩耗する。この摩耗が発生すると真円度が崩れるため、上下型の光軸を合わせることが難しくなり、型を交換する必要がある。

このような摩耗を防止するため、上下型と胴型と間に１〜３μｍ程度のクリアランスを設けることがなされているが、この場合には、成形のプレス方向と直交状に交差する方向へずれるシフトずれ及びプレス方向と傾斜した方向でずれるチルトずれが上下型の間で発生し易くなる。そして、これらのずれが発生すると、成形される光学素子の精度が低下する原因となる。

また、このような１〜３μｍ程度のクリアランスに対するシフトずれやチルトずれを防止することは構造的にも難しいものであるが、これらのずれを防止する機構を成形装置に組み込む場合には、成形装置の全体が複雑となり、制御も難しくなる新たな問題が発生する。

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、胴型による上下型の光軸合わせを摩耗が発生することなく、且つ簡単に行うことができ、光学素子の成形を高精度に行う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の発明の光学素子の成形装置は、光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする成形装置において、加熱軟化された光学ガラス素材をプレスする一対の成形型と、一対の成形型が挿入可能な空間を有する胴型と、一対の成形型を前記胴型の内面に当接させて位置決めするため、一対の成形型が胴型内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型を光軸に対して前記交差する方向に移動させる移動手段と、を具備することを特徴とする。

請求項１の発明では、一対の成形型を胴型の空間内に挿入した状態とし、この状態で移動手段により胴型を光軸に対して交差する方向に移動させる。これにより、一対の成形型が胴型の空間内で同一方向に寄せられながら胴型の内面に当接するため、一対の成形型は胴型の内面に倣った状態となって光軸が一致する。

このような請求項１の発明では、胴型の内面に当接することによって一対の成形型が位置決めされるため、シフトずれやチルトずれが発生することがなく、高精度に位置決めすることができ、光学素子を高精度に成形することができる。また、高精度な真円度で胴型と一対の成形型とが接触する必要がないため、これらに摩耗が発生することがなく、長期間使用することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子の成形装置であって、前記胴型は、前記一対の成形型が挿入可能な空間を複数有していることを特徴とする。

請求項２の発明では、胴型の複数の空間内に一対の成形型をそれぞれ挿入することができるため、複数の光学素子を同時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、前記移動手段は、前記胴型を往復移動させることを特徴とする。また、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、前記移動手段は、前記胴型を回動させることを特徴とする。

請求項３及び４の発明では、胴型を往復移動、回動或いはこれらの組み合わせによって移動させることにより、一対の成形型の位置決めを行うため、簡単な作動で成形型を位置決めすることができ、移動手段の構造を簡単とすることができる。

請求項５の発明の光学素子の成形方法は、光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする成形方法において、一対の成形型が挿入可能な空間を有する胴型内に一対の成形型と光学ガラス素材を挿入する工程と、一対の成形型が胴型内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型を光軸に対して交差する方向に移動させ、一対の成形型を胴型の内面に当接させて位置決めする位置決め工程と、光学ガラス素材を一対の成形型により成形する工程と、を有することを特徴とする。

請求項５の発明では、光学ガラス素材を保持した一対の成形型を胴型の空間内に挿入した後、胴型を光軸と交差する方向に移動させることにより、一対の成形型が胴型の内面に当接する。この当接によって、一対の成形型が胴型の内面に倣った状態となって光軸が一致するため、シフトずれやチルトずれが発生することがなく、簡単な操作で、一対の成形型を高精度に位置決めすることができる。このため、光学素子を高精度に成形することができる。

請求項６の発明は、請求項５に記載の光学素子の成形方法であって、前記胴型は前記一対の成形型が挿入可能な空間を複数有しており、前記位置決め工程は、複数対の成形型の位置決めを同時に行うことを特徴とする。

請求項６の発明では、複数対の成形型を同時に位置決めするため、複数の光学素子を同時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、前記位置決め工程は、胴型を往復移動させることを特徴とする。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、前記位置決め工程は、胴型を回動させることを特徴とする。

請求項６及び７の発明では、胴型を往復移動、回動或いはこれらの組み合わせによって移動させて一対の成形型の位置決めを行うため、簡単な作動となり、位置決めの操作を簡単に行うことができる。

本発明の光学素子の成形装置によれば、一対の成形型が胴型の空間内に挿入された状態で胴型が光軸と交差する方向に移動することにより、一対の成形型を位置決めすることができるため、簡単な構造でシフトずれやチルトずれの発生を防止することができ、光学素子を高精度に成形することができると共に、一対の成形型及び胴型に摩耗が発生することがなくなる。

本発明の光学素子の成形方法によれば、胴型を光軸と交差する方向に移動させて胴型の内面に一対の成形型を当接させることにより、一対の成形型の位置決めを行ってシフトずれやチルトずれのが発生を防止するため、簡単な操作で、一対の成形型を高精度に位置決めすることができる。

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。図１及び図２は、本発明の光学素子の成形装置であり、図１は斜視図、図２は平面図を示す。

成形装置１は、一対の成形型としての上型２及び下型３と、これらの型２，３が対向状態で挿入される胴型４と、胴型４を移動させる移動手段５とを備えている。成形される光学ガラス素材（図示省略）は、上型２及び下型３の間に挟まれて保持された状態でプレスに供される。

光学ガラス素材のプレスを行うため、下型ヒータプレート７及び上型ヒータプレート８が上下で対向しており、胴型４は下型ヒータプレート７に載置される。なお、図示を省略するが、下型ヒータプレート７は、下軸に取り付けられた下型ヒータの上面に支持される一方、上型ヒータプレート８は上軸に取り付けられた上型ヒータの下面に取り付けられるものである。

胴型４は、下型ヒータプレート７上に載置されており、この載置状態で上型２及び下型３の位置決めを行う。胴型４には、上型２及び下型３が対となって挿入される空間４ａが形成されている。この実施の形態において、４箇所の空間４ａが点対称位置となるように胴型４に形成されており、それぞれの空間４ａ内に、対となった上型２及び下型３が挿入される。空間４ａは、胴型４を厚さ方向に貫通するように形成されている。また、胴型４の厚さ、すなわち空間４ａの深さとしては、上型２及び下型３が幾分、突出するように設定されており、これにより、成形の際の上型ヒータプレート８によるプレス力が上型２及び下型３に作用するようになっている。

この実施の形態において、空間４ａの内面形状が円筒状となっているが、空間４ａの内面形状としては、一対の上型２及び下型３が挿入されて移動でき、且つ、この移動によって一対の上型２及び下型３が内面に当接して位置決めができるものであれば、特に限定されるものではなく、矩形筒状、三角筒状、楕円筒状、その他の形状とすることができる。また、空間４ａの大きさも同様であり、一対の上型及び下型３が内部で相対的に移動できるものであれば、適宜のサイズに設定することができる。胴型４の外形についも、下型ヒータプレート７上に載置されて移動できるものであれば、図示する矩形ブロックに限定されるものではなく、円形ブロック、その他の形状とすることができる。

移動手段５は、以上の胴型４を光軸と交差する方向に移動させるものであり、胴型４を挟み込む挟持アーム５ａと、挟持アーム５ａの一端側から横方向に延びる作動アーム５ｂとを有している。作動アーム５ｂは、図示を省略したモータ、シリンダ等の駆動手段に連結されており、駆動手段の駆動力が伝達されることにより、実線の矢印Ａで示す４箇所の空間４ａの対称中心を回転中心とした回動運動或いは破線の矢印Ｂで示す直交した直線的な往復運動さらには、これらが複合された運動を行う。

これらの運動は、挟持アーム５ａを介して同アーム５ａに挟み込まれている胴型４に伝達されるため、作動アーム５ｂが矢印Ａ方向への運動を行うと、胴型４は４箇所の空間４ａの対称中心を回転中心とした矢印Ｃへの回動を行い、矢印Ｂ方向への運動を行うと、胴型４が矢印Ｄ方向への直線的な往復移動を行い、さらに複合運動を行うと、胴型４が複合運動と同様の方向への移動を行うようになっている。これらの胴型４の移動は、胴型４が摩擦力を発生させながら下型ヒータプレート７上を移動するものであり、移動方向は光軸と交差する方向となっている。

次に、この実施の形態による光学素子の成形を説明すると、図３及び図４は、上下の型２，３に位置決めを行うための胴型４の作動をそれぞれ示している。

まず、胴型４を下型ヒータプレート７上に載置し、光学ガラス素材を挟み込んだ一対の上下型２，３を胴型４のそれぞれの空間４ａ内に挿入する。図３（ａ）及び図４（ａ）はこの状態を示し、対となっている上下型２，３（これらの図では、上型２を図示している。）がそれぞれの空間４ａ内における適宜位置に自由にセットされている。

そして、上型ヒータプレート８及び下型ヒータプレート７を胴型４に軽く接触させた状態とし、それぞれのヒータプレート７，８によって下型３、上型２、胴型４を加熱する。この加熱により、上型２及び下型３に挟み込まれた光学ガラス素材が加熱される。

光学ガラス素材が成形可能な所定の温度に加熱されたとき、上軸及び下軸を駆動させて上型ヒータプレート８及び下型ヒータプレート７を相対的に接近させる。これにより、上型２及び下型３による光学ガラス素材のプレス成形が開始される。このプレスにより光学ガラス素材が徐々に変形して終了直前になった時点で、移動手段５による胴型４の移動を行い、上下型２，３の位置決めを行う。この胴型４の移動を図３及び図４により説明する。

図３は、移動手段５によって胴型４を直線的に往復移動させる場合（図２における矢印Ｂ及びＤ方向の移動）を示す。まず、同図（ｂ）で示すように、矢印Ｄ１方向に胴型４を移動させる。このＤ１方向への移動によって、空間４ａ内の上下型２，３が破線状態から実線状態に相対的に移動する。この相対移動によって、空間４ａにおける円形の内面４ｂと当接した上下型２，３は、その内面４ｂに倣って矢印Ｄ１方向と交差する方向に移動する。

次に、同図（ｃ）で示すように、矢印Ｄ１と反対の矢印Ｄ２方向に胴型４を移動させる。Ｄ２方向への移動によって、空間４ａ内の上下型２，３が破線状態から実線状態に相対的に移動する。この相対移動によって、空間４ａにおける円形の内面４ｂと当接した上下型２，３は、その内面４ｂに倣って矢印Ｄ２方向と交差する方向に移動する。

以上の矢印Ｄ１及びＤ２方向への移動に基づいた胴型４の内面４ｂとの当接によって、上下型２，３は胴型４の空間４ａ内で同一方向に寄せられながら胴型４の内面４ｂに当接するため、上下型２，３は胴型４の内面４ｂに倣った状態となり、その光軸が一致する。なお、矢印Ｄ１及びＤ２方向への移動は、これを繰り返して行うことにより、上下型２，３をさらにも精度良く位置決めすることができる。

図４は、移動手段５によって胴型４を回動させる場合（図２における矢印Ａ及びＣ方向の回動）を示す。同図（ｂ）で示すように、矢印Ｃ１方向に胴型４を回動させることにより、空間４ａ内の上下型２，３が破線状態から実線状態に相対的に移動する。この相対移動によって、空間４ａにおける円形の内面４ｂと当接した上下型２，３は、その内面４ｂに倣って移動する。

次に、同図（ｃ）で示すように、矢印Ｃ１と反対の矢印Ｃ２方向に胴型４を回動させる。このＣ２方向への回動によって、空間４ａ内の上下型２，３が破線状態から実線状態に相対的に移動する。この相対移動によって、空間４ａにおける円形の内面４ｂと当接した上下型２，３は、その内面４ｂに倣って移動する。

以上の矢印Ｃ１及びＣ２方向への回動に基づいた胴型４の内面４ｂとの当接によって、上下型２，３は胴型４の空間４ａ内で同一方向に寄せられながら胴型４の内面４ｂに当接するため、上下型２，３は胴型４の内面４ｂに倣った状態となり、その光軸が一致する。なお、矢印Ｃ１及びＣ２方向への回動は、これを繰り返して行うことにより、上下型２，３をさらにも精度良く位置決めすることができる。

このような図３または図４による位置決めの後、さらにプレスを続行することにより、光軸が合った上型２及び下型３によるプレス成形を行い、目的の厚さとなった時点でプレスを終了する。そして、上下のヒータプレート７，８をＯＦＦとし、冷却の後、上型ヒータプレート８を上昇させ、上下型２，３及び胴型４を下型ヒータプレート７から取り出す。

このような実施の形態では、胴型４を光軸と交差する方向に移動または回動させることにより、胴型４の内面４ｂに上型２及び下型３を当接させて位置決めするため、シフトずれやチルトずれが発生することがない。このため、上型２及び下型３を高精度に位置決めすることができ、光学素子を高精度に成形することができる。また、シフトずれやチルトずれを防止するような複雑な構造が不要であり、制御も容易となる。

また、高精度な真円度で胴型４と上下型２，３とが接触する必要がないため、これらの間で摩耗が発生することがなく、長期間使用することができる。

さらに、この実施の形態では、胴型４に空間４ａを複数形成し、それぞれの空間４ａ内で上型２及び下型３の位置決めを同時に行うため、複数の光学素子を同時に成形することができ、効率的で大量の成形を行うことができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく種々変形が可能である。例えば、上型２及び下型３による光学ガラス素材のプレスに先立って、胴型４の移動による上述した上型２及び下型３の位置決めを行っても良い。また、上型２及び下型３によるプレスと、胴型４の移動による上型２及び下型３の位置決めとを繰り返して成形を行っても良い。さらには、胴型４の往復移動と回動とを組み合わせた複合によって上型２及び下型３の位置決めを行っても良い。また、胴型３の往復移動、回動時にヒータプレート７，８に超音波等を加える移動補助手段を用い、胴型３の移動をスムーズにすることも可能である。

本発明の一実施の形態の成形装置を示す斜視図である。 一実施の形態の成形装置を示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、胴型の往復移動による位置決め作動を示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、胴型の回動による位置決め作動を示す平面図である。

符号の説明

１ 成形装置
２ 上型
３ 下型
４ 胴型
４ａ 空間
４ｂ 内面
５ 移動手段

Claims (8)

1. 光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする成形装置において、
   加熱軟化された光学ガラス素材をプレスする一対の成形型と、
   一対の成形型が挿入可能な空間を有する胴型と、
   一対の成形型を前記胴型の内面に当接させて位置決めするため、一対の成形型が胴型内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型を光軸に対して前記交差する方向に移動させる移動手段と、
   を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。
2. 前記胴型は、前記一対の成形型が挿入可能な空間を複数有していることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
3. 前記移動手段は、前記胴型を往復移動させ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. 前記移動手段は、前記胴型を回動させ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. 光学ガラス素材を加熱軟化して成形することにより光学素子とする成形方法において、
   一対の成形型が挿入可能な空間を有する胴型内に一対の成形型と光学ガラス素材を挿入する工程と、
   一対の成形型が胴型内で光軸に対して交差する方向に移動可能な状態で胴型を光軸に対して交差する方向に移動させ、一対の成形型を胴型の内面に当接させて位置決めする位置決め工程と、
   光学ガラス素材を一対の成形型により成形する工程と、
   を有することを特徴とする光学素子の成形方法。
6. 前記胴型は前記一対の成形型が挿入可能な空間を複数有しており、前記位置決め工程は、複数対の成形型の位置決めを同時に行うことを特徴とする請求項５に記載の光学素子の成形方法。
7. 前記位置決め工程は、胴型を往復移動させ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. 前記位置決め工程は、胴型を回動させ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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