JP2007145612A - 光学部材の成形方法、光学部材の製造制御プログラム、記憶媒体、及び、光学部材の成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工程の短時間化を図りかつ歪みの発生を防止した光学部材の成形方法等を提供する。
【解決手段】光学部材Ｌを加熱する加熱工程と、対向して配置された上型２及び下型３によって第１の加圧力で加圧成形するプレス工程と、光学部材Ｌを冷却する冷却工程とを備える光学部材Ｌの成形方法を、加熱工程、冷却工程の少なくとも一方は、上型２と光学部材Ｌとを第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させた状態で行われるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス製レンズ等の光学部材を加熱プレス加工によって成形する光学部材の成形方法、光学部材の製造制御プログラム、このようなプログラムを格納した記憶媒体、及び、光学部材の成形装置に関するものである。

ガラス製レンズ等の光学部材は、成形対象となる半製品（プリフォーム）を高温に加熱して軟化させ、金型によってプレスして成形することが知られている。
このような成形方法は、成形対象のレンズを下型に載置した状態で周囲から加熱し、ガラス転移点以上の高温として成形を行い、その後再び上型を離間させて冷却することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、レンズは、加熱時及び冷却時において、上面側の温度変化が、下型からの固体熱伝導がある下面側よりも遅くなることから、加熱工程、冷却工程の時間がかかり、また、上下面の温度差に起因して歪みが発生するため、アニール処理等の歪み除去処理の工程が必要であった。
特開平８−２０８２４３号公報

本発明の課題は、工程の短時間化を図りかつ歪みの発生を防止した光学部材の成形方法、光学部材の製造制御プログラム、記憶媒体、及び、光学部材の成形装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。
請求項１の発明は、光学部材を加熱する加熱工程と、前記加熱後の前記光学部材を、対向して配置された上型及び下型によって第１の加圧力で加圧成形するプレス工程とを備える光学部材の成形方法において、前記加熱工程は、前記上型と前記光学部材とを前記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させた状態で行われることを特徴とする光学部材の成形方法である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の光学部材の成形方法において、前記加熱工程において、前記上型及び前記下型は、前記光学部材の変形に追従して、前記上型が前記光学部材に接触する第２の加圧力が略一定の状態で相対変位することを特徴とする光学部材の成形方法である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学部材の成形方法において、前記加熱工程において、前記上型が前記光学部材に接触する第２の加圧力は、前記上型との接触によって前記光学部材が変形又は損傷を受けない微小圧力に設定されることを特徴とする光学部材の成形方法である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学部材の成形方法において、前記加圧形成後の前記光学部材を冷却する冷却工程を備え、前記冷却工程は、前記光学部材に対して、前記上型を前記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させた状態で前記上型を冷却することを特徴とする光学部材の成形方法である。

請求項５の発明は、光学部材を加熱した後に対向して配置された上型及び下型によって第１の加圧力で加圧成形するプレス工程と、前記加圧成形後の前記光学部材を冷却する冷却工程とを備える光学部材の成形方法において、前記冷却工程は、前記上型と前記光学部材とを前記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させるとともに、前記光学部材の変形に追従して前記上型と前記光学部材とが相対移動し前記第２の加圧力が略一定となることを特徴とする光学部材の成形方法である。
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５に記載の光学部材の成形方法において、前記冷却工程において、前記第２の加圧力は、前記上型との接触によって前記光学部材が変形又は損傷を受けない微小加圧力に設定されることを特徴とする光学部材の成形方法である。
請求項７の発明は、請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の光学部材の成形方法において、前記冷却工程は、前記光学部材の温度がそのガラス転移点以下となるまで維持されることを特徴とする光学部材の成形方法である。
請求項８の発明は、請求項４から請求項７までのいずれか１項に記載の光学部材の成形方法において、前記冷却工程は、前記光学部材の温度が、周囲の雰囲気との温度差に起因して歪みが発生しない温度以下となるまで維持されることを特徴とする光学部材の成形方法である。

請求項９の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の光学部材の成形方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする光学部材の製造制御プログラムである。
請求項１０の発明は、情報処理装置によって読み取り可能なプログラムを記憶した記憶媒体であって、前記プログラムは、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の製造方法を前記情報処理装置に実行させるプログラムコードを有することを特徴とする記憶媒体である。

請求項１１の発明は、光学部材を挟持可能に対向配置された上型及び下型と、前記上型及び前記下型を加熱する加熱部と、前記上型と前記下型との少なくとも一方を駆動して、前記上型と前記下型とに挟持された前記光学部材を第１の加圧力で加圧成形する駆動部とを備える光学部材の成形装置において、前記加熱中と前記加圧成形後の冷却中との少なくとも一方の間に、前記上型と前記光学部材とを前記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させるとともに、前記光学部材の変形に追従して前記上型と前記光学部材とを相対移動させ、前記第２の加圧力を略一定とする制御部を備えることを特徴とする光学部材の成形装置である。
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の光学部材の成形装置において、前記上型の下降と連動して上昇するように前記上型に連結され、その質量によって前記上型及び前記上型が固定される上型支持部の質量を相殺するバランスウェイト部を備えることを特徴とする光学部材の成形装置である。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の光学部材の成形装置において、前記バランスウェイト部は、その少なくとも一部に前記下型を含むことを特徴とする光学部材の成形装置である。
請求項１４の発明は、請求項１３に記載の光学部材の成形装置において、前記上型及び前記上型支持部と、前記下型及び前記下型が固定される下型支持部との少なくとも一方は、前記一方と他方との質量差を低減する補助バランスウェイトを備えることを特徴とする光学部材の成形装置である。

本発明によれば、上型をプレス工程における加圧力よりも小さい荷重で光学部材に接触させた状態で加熱又は冷却を行うことによって、加熱又は冷却に要する時間を短縮することができる。

本発明は、工程の短時間化を図りかつ歪みの発生を防止した光学部材の成形方法等を提供するという課題を、上型をレンズに対して、レンズに変形又は損傷を与えない程度の微小荷重で接触させて加熱及び冷却を行うとともに、上型をレンズの熱膨張等に追従して変位可能にすることによって解決した。

以下、本発明を適用した光学部材の成形方法及び成形装置の実施例であるレンズ成形方法及びレンズ成形装置について説明する。
図１及び図２は、実施例のレンズ成形装置の構成を示す概略図であって、それぞれ上型がレンズから離間した状態、及び、上型がレンズに接触した状態を示すものである。
レンズ成形装置１は、上型２、下型３、上型ホルダ４、下型ホルダ５、上型ダイプレート６、下型ダイプレート７、上型支持筒８、下型支持筒９、滑車１０、ワイヤ１１、補助バランスウェイト１２、石英ガラス管１３、ヒータ１４を備えている。

上型２及び下型３は、成形対象のワークであるレンズＬを挟んで対向して配置され、相互に近接又は離間するように、鉛直方向に沿って相対変位可能に支持されている。
上型ホルダ４及び下型ホルダ５は、それぞれ上型２及び下型３を収容し保持する環状の部材である。
上型ダイプレート６は、上型ホルダ４の上面に固定された平板状の部材である。
下型ダイプレート７は、下型ホルダ５の下面に固定された平板状の部材である。

上型支持筒８は、鉛直方向に延在する筒状体の下端部に、つば状に形成されたフランジ部を形成したものであって、このフランジ部の下面部は、上型ダイプレート６の上面部に固定されている。
下型支持筒９は、鉛直方向に延在する筒状体の上端部に、つば状に形成されたフランジ部を形成したものであって、このフランジ部の上面部は、下型ダイプレート７の下面部に固定されている。
上型支持筒８及び下型支持筒９は、図示しない駆動装置によって、上型２と下型３とが近接又は離間する方向に相対移動するように駆動されるとともに、レンズＬのプレス時においては、成形に必要な荷重においてレンズＬを圧縮する。

また、上型支持筒８及び下型支持筒９は、図示しない冷却ガス発生装置に接続され、プレス成形後のレンズＬを冷却する冷却工程においては、その内部に冷却ガスが供給される。ここで、上型ホルダ４、下型ホルダ５、上型ダイプレート６、下型ダイプレート７は、その内部にそれぞれ上型支持筒８及び下型支持筒９の内部と連通し、この冷却ガスが流される図示しない通路が形成されている。これらの通路を通過した冷却ガスは、後述する石英ガラス管１３の内部に放出される。

滑車１０は、上型ダイプレート６の上部に配置されている。
ワイヤ１１は、その一端部が上型支持筒８のフランジ部の上面部に接続され、ここから上方に引き出され、滑車１０に通されて方向が反転し、他端部が下型支持筒９のフランジ部の外周縁部における上面部に接続されている。
これによって、下型３、下型ホルダ５、下型ダイプレート７、下型支持筒９等の下型３に追従して移動する部分の質量は、上型２及び上型ホルダ４、上型ダイプレート６、上型支持筒８等の上型２に追従して移動する部分の質量を相殺するバランスウェイトとして機能する。
補助バランスウェイト１２は、上型支持筒８のフランジ部の上面部に載置されている。ここで、実施例のレンズ成形装置１においては、下型３及び下型ホルダ５、下型ダイプレート７、下型支持筒９等の下型３に追従して移動する部分の質量合計が、上型２及び上型ホルダ４、上型ダイプレート６、上型支持筒８等の上型２に追従して移動する部分の質量合計よりも大きくなっており、補助バランスウェイト１２の質量は、この質量合計の差と略同じに設定されている。

石英ガラス管１３は、その中心軸を鉛直方向に配置された円筒状のものであって、上述した各構成部材をその内径側に収容するものである。
ヒータ１４は、石英ガラス管１３の外側において、その外周面に対向して配置され、石英ガラス管１３を介して、レンズＬ、上型２、下型３等の加熱を行うものである。

また、レンズ成形装置１は、上述した駆動装置、冷却ガス発生装置、ヒータ１４を制御する図示しない制御装置を備えている。この制御装置は、例えばコンピュータ等の情報処理装置を備え、この情報処理装置は、後述するレンズ成形方法を実施するための製造制御プログラムが格納された記録装置を備えている。このようなプログラムは、例えば、情報処理装置によって読み取り可能な例えば光学ディスク、磁気ディスク等の記録媒体や、電気通信回線を介した通信によって提供される。

次に、上述したレンズ成形装置１を用いたレンズ成形方法について説明する。
図３は、実施例のレンズ成形方法及び本発明の参考例であるレンズ成形方法におけるレンズの温度、レンズが受ける荷重、上型及び下型の相対距離の履歴を示すグラフである。図３において、図３（ａ）は実施例を示し、図３（ｂ）は参考例を示している。

実施例のレンズ成形方法は、加熱工程、プレス工程、冷却工程を備えている。
以下、工程毎に順を追って説明する。
＜加熱工程＞
成形対象となるレンズＬは、上型２及び下型３が離間した状態で下型３に載置される。そして、上型２と下型３とが相対的に接近し、レンズＬの上面は、上型２と接触した状態となる。このとき、上型２がレンズＬを押圧する荷重は、レンズＬに変形や損傷等が発生しない程度の微小荷重に設定され、この荷重は例えば５００ｇ重（４．９Ｎ）以下とされている。

そして、ヒータ１４は、石英ガラス管１３及びその内部を加熱する。これによって、レンズＬは、ヒータ１４からの輻射熱によって加熱される。また、このとき、上型２及び下型３も上型ホルダ４、下型ホルダ５等を介して加熱される。上型２及び下型３は、レンズＬとの接触部を介した固体熱伝導によって、レンズＬを加熱する。
レンズＬは、加熱されることによって熱膨張するが、上型２及び下型３は、この熱膨張に追従して相対変位可能に支持されており、図３（ａ）に示すように、加熱工程の進行とともに、上型２及び下型３は、わずかに離間する。このとき、上型２のレンズＬへの接触荷重は、略一定に維持されている。
これによって、加熱工程は、その全工程にわたって、上型２をプレス工程よりも小さい荷重でレンズＬに接触させながら加熱する接触加熱工程となっている。
そして、レンズＬの全体が、ガラス転移点よりも高温となり、軟化した後、次のプレス工程に進む。

＜プレス工程＞
次に、駆動装置は、上型２及び下型３を駆動して、これらの間に挟持されているレンズＬを、軟化したレンズＬの塑性変形強度以上の大荷重によって加圧する。このとき、ヒータ１４による加熱は継続されており、レンズＬが略一定の温度を維持するように制御される。
これによって、レンズＬは塑性変形して成形される。この変形に伴い、上型２と下型３との距離はさらに小さくなる。
そして、所定の変形量が得られた後、次の冷却工程に進む。

＜冷却工程＞
ヒータ１４は加熱を終了し、冷却ガス発生装置は、冷却ガスを上型支持筒８及び下型支持筒９の内部に供給する。これによって冷却ガスは、上型ダイプレート６、下型ダイプレート７、上型ホルダ４、下型ホルダ５の内部の通路を通過してこれらを冷却し、これらを介した固体熱伝導によって上型２及び下型３を冷却する。各部材を通過した後の冷却ガスは、石英ガラス管１３の内部に放出される。レンズＬは、上型２及び下型３との間の固体熱伝導と、石英ガラス管１３内に放出された冷却ガスの作用によって冷却される。

冷却工程の前半において、成形後のレンズＬは、その形状保持のためプレス工程と同様の荷重によって上型２及び下型３によって圧縮された状態となっている。そして、レンズＬの温度が低下してガラス転移点よりも低い所定の温度となった後に、駆動装置は、上型２及び下型３によるレンズＬへの圧縮を終了する。この後は、レンズＬは下型３に載置され、上型２は加熱工程と同様の微小荷重によって接している状態となる。
冷却工程においては、レンズＬはその温度低下に応じて収縮するが、上型２及び下型３は、この収縮に追従して、その相対距離が小さくなる方向に変位する。このとき、上型２のレンズＬへの接触荷重は、略一定に維持されている。
これによって、冷却工程の後半は、上型をプレス工程よりも小さい荷重でレンズＬに接触させながら冷却する接触冷却工程となっている。
そして、レンズＬが十分に冷却され、その温度が、周囲の雰囲気との温度差によって発生する歪みが実質的に無視できる程度となったときに、冷却工程は終了され、上型２はレンズＬから離間し、レンズＬは取り出されて芯出しやコーティング等の後工程に送られる。

次に、参考例のレンズ成形方法について説明する。
参考例のレンズ成形方法は、加熱工程においては上型２がレンズＬと離間した状態となっており、冷却工程においても、レンズＬがガラス転移点以下まで冷却された後は上型２がレンズＬから離間した状態とされる点で実施例と相違する。
参考例においては、上型２がレンズＬから離間した状態でレンズＬの加熱及び冷却が行われることから、この間は固体熱伝達の効果が得られない上面側の温度変化が、下面側の温度変化よりも遅くなることによって、加熱時間及び冷却時間が長くなってしまう。
また、特に冷却工程におけるこのような上下面間の温度差に起因して、レンズＬの内部に残留熱応力が発生し、歪みの原因となることから、後工程において例えばアニール化等の熱応力低減処理が必要となってレンズの製造工程が煩雑となってしまう。

これに対して、実施例のレンズ成形方法によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）加熱工程、冷却工程において、上型２及び下型３がレンズＬの上下面に接触した状態となっているから、レンズＬの両面に対して固体熱伝導による加熱、冷却を行うことができる。これによって、レンズＬの加熱、冷却に要する時間が短くなり、工程を短時間化することができる。
（２）レンズＬの両面を固体熱伝導によって加熱、冷却することによって、レンズＬの上下面間における温度差の発生を防止することができ、残留熱応力を低減することができる。特に、冷却工程における温度差を低減することによって、レンズＬの歪みを防止し、アニール化等の後処理を簡略化することができる。
（３）加熱工程、冷却工程において、上型２をレンズＬに対してその変形、損傷等が発生しない程度の微小荷重で接触させかつ上型２と下型３とが相対変位可能とすることによって、温度変化に伴うレンズＬの膨張、収縮が発生した場合であっても、レンズＬに損傷等を与えることなく上型２とレンズＬとの接触状態を維持することができ、また、冷却工程におけるレンズＬの面変形を妨げることがない。

また、実施例のレンズ製造装置によれば、上型２及び上型支持部である上型ホルダ４、上型ダイプレート６、上型支持筒８の質量合計と、下型３及び下型支持部である下型ホルダ５、下型ダイプレート７、下型支持筒９の質量合計との差に相当する質量の補助バランスウェイト１２を設け、さらに、上型２及び上型支持部、下型３及び下型支持部が相互に質量を相殺するように滑車１０及びワイヤ１１を配置したから、上型２及び下型３の近接、離間動作はその実際の質量に対して小さい駆動力によって行うことができ、これらを微小荷重でレンズＬに接触させる制御が容易となる効果がある。
さらに、下型３及び下型支持部が上型２及び上型支持部の質量を相殺するバランスウェイトとして機能するから、他に専用のバランスウェイトを設ける必要がなくなり、装置の構成を簡素化することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）実施例は、例えばレンズの成形に関するものであったが、本発明の成形対象物はレンズに限らず、硝材を加熱して軟化させた後にプレスして成形される他の光学部材の成形にも適用することができる。
（２）実施例のレンズ成形方法においては、加熱工程及び冷却工程の略全工程にわたって上型を光学部材に当接させているが、これに限らず、加熱工程及び冷却工程の一部において当接させるようにしてもよい。
（３）レンズ成形装置の構成は、実施例のものに限らず、適宜変更することができる。例えば、実施例は、上型とともに移動する上型支持筒に補助バランスウェイトを装着したが、下型側の構成部材の質量合計が小さいレンズ成形装置の場合は、下型側の任意の箇所に補助バランスウェイトを付加するとよい。

実施例であるレンズ成形装置の構成を示す概略図であって、上型がレンズから離間した状態を示す図である。 実施例であるレンズ成形装置の構成を示す概略図であって、上型がレンズに接触した状態を示す図である。 レンズ成形方法の実施例、及び、本発明の参考例であるレンズ成形方法におけるレンズの温度、レンズが受ける荷重、上型及び下型の相対距離の履歴を示すグラフである。

符号の説明

１：レンズ成形装置、２：上型、３：下型、８：上型保持筒、９：下型保持筒、１０：滑車、１１：ワイヤ、１２：補助バランスウェイト、１４：ヒータ

Claims (14)

1. 光学部材を加熱する加熱工程と、
   前記加熱後の前記光学部材を、対向して配置された上型及び下型によって第１の加圧力で加圧成形するプレス工程と
   を備える光学部材の成形方法において、
   前記加熱工程は、前記上型と前記光学部材とを前記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させた状態で行われること
   を特徴とする光学部材の成形方法。
2. 請求項１に記載の光学部材の成形方法において、
   前記加熱工程において、前記上型及び前記下型は、前記光学部材の変形に追従して、前記上型が前記光学部材に接触する第２の加圧力が略一定の状態で相対変位すること
   を特徴とする光学部材の成形方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学部材の成形方法において、
   前記加熱工程において、前記上型が前記光学部材に接触する第２の加圧力は、前記上型との接触によって前記光学部材が変形又は損傷を受けない微小圧力に設定されること
   を特徴とする光学部材の成形方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学部材の成形方法において、
   前記加圧形成後の前記光学部材を冷却する冷却工程を備え、
   前記冷却工程は、前記光学部材に対して、前記上型を前記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させた状態で前記上型を冷却すること
   を特徴とする光学部材の成形方法。
5. 光学部材を加熱した後に対向して配置された上型及び下型によって第１の加圧力で加圧成形するプレス工程と、
   前記加圧成形後の前記光学部材を冷却する冷却工程と
   を備える光学部材の成形方法において、
   前記冷却工程は、前記上型と前記光学部材とを前記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させるとともに、前記光学部材の変形に追従して前記上型と前記光学部材とが相対移動し前記第２の加圧力が略一定となること
   を特徴とする光学部材の成形方法。
6. 請求項４又は請求項５に記載の光学部材の成形方法において、
   前記冷却工程において、前記第２の加圧力は、前記上型との接触によって前記光学部材が変形又は損傷を受けない微小加圧力に設定されること
   を特徴とする光学部材の成形方法。
7. 請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の光学部材の成形方法において、
   前記冷却工程は、前記光学部材の温度がそのガラス転移点以下となるまで維持されること
   を特徴とする光学部材の成形方法。
8. 請求項４から請求項７までのいずれか１項に記載の光学部材の成形方法において、
   前記冷却工程は、前記光学部材の温度が、周囲の雰囲気との温度差に起因して歪みが発生しない温度以下となるまで維持されること
   を特徴とする光学部材の成形方法。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の光学部材の成形方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする光学部材の製造制御プログラム。
10. 情報処理装置によって読み取り可能なプログラムを記憶した記憶媒体であって、
    前記プログラムは、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の製造方法を前記情報処理装置に実行させるプログラムコードを有すること
    を特徴とする記憶媒体。
11. 光学部材を挟持可能に対向配置された上型及び下型と、
    前記上型及び前記下型を加熱する加熱部と、
    前記上型と前記下型との少なくとも一方を駆動して、前記上型と前記下型とに挟持された前記光学部材を第１の加圧力で加圧成形する駆動部と
    を備える光学部材の成形装置において、
    前記加熱中と前記加圧成形後の冷却中との少なくとも一方の間に、前記上型と前記光学部材とを前記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力で接触させるとともに、前記光学部材の変形に追従して前記上型と前記光学部材とを相対移動させ、前記第２の加圧力を略一定とする制御部を備えること
    を特徴とする光学部材の成形装置。
12. 請求項１１に記載の光学部材の成形装置において、
    前記上型の下降と連動して上昇するように前記上型に連結され、その質量によって前記上型及び前記上型が固定される上型支持部の質量を相殺するバランスウェイト部を備えること
    を特徴とする光学部材の成形装置。
13. 請求項１２に記載の光学部材の成形装置において、
    前記バランスウェイト部は、その少なくとも一部に前記下型を含むこと
    を特徴とする光学部材の成形装置。
14. 請求項１３に記載の光学部材の成形装置において、
    前記上型及び前記上型支持部と、前記下型及び前記下型が固定される下型支持部との少なくとも一方は、前記一方と他方との質量差を低減する補助バランスウェイトを備えること
    を特徴とする光学部材の成形装置。
    
    
    
    

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