JP2007145659A - ガラス光学素子の成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形型の微細な芯ずれを防止できるガラス光学素子の成形装置を提供する。
【解決手段】ヒータブロック７からの加熱によって軟化したガラス素材Ｇを上型２および下型３により加圧成形するガラス光学素子の成形装置１であって、上型２の加圧方向と直交する面におけるＸ方向およびＹ方向に関し、上型２、下型３の変位量をそれぞれ検出する変位センサ８、９と、下型３を前記Ｘ方向およびＹ方向に移動可能とする型移動手段１０と、変位センサ８、９により検出された上型２、下型３の変位量の差分に基づき、上型２と下型３とが芯出しされるように型移動手段１０の駆動を制御する制御手段１１と、を備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズなどのガラス光学素子を成形型により加圧成形する成形装置に関するものである。

加熱によって軟化したガラス素材を上型および下型（一対の成形型）により加圧成形するガラス光学素子の成形装置の一例として、特許文献１に記載のものが挙げられる。この特許文献１には、一対の成形型の側面部を胴型によりガイドすることで、成形型の芯ずれを防止する旨が記載されている。
特開平７−２１５７２１号公報（図１における胴型２を参照）

成形型を可動させる関係上、成形型と胴型との間には所定のクリアランスを設ける必要がある。特に、成形型は加熱による膨張と冷却による収縮とを繰り返すことから、クリアランスの値は、これらのサイクル毎の変形量のばらつきなども考慮して設定される。したがって、従来では、胴型によって成形型の大きな芯ずれは防げるものの、ごく微細な芯ずれについては前記クリアランスの分だけ許容せざるを得ないという問題があった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、成形型の微細な芯ずれを防止できるガラス光学素子の成形装置を提供することを目的としている。

本発明は、前記課題を解決するため、加熱手段からの加熱によって軟化したガラス素材を一対の成形型により加圧成形するガラス光学素子の成形装置であって、成形型の加圧方向と直交する面におけるＸ方向およびＹ方向に関し、各成形型の変位量をそれぞれ検出する変位センサと、いずれか一方の成形型を前記Ｘ方向およびＹ方向に移動可能とする型移動手段と、前記変位センサにより検出された各成形型の変位量の差分に基づき、両成形型が芯出しされるように前記型移動手段の駆動を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするガラス光学素子の成形装置とした。

このガラス光学素子の成形装置によれば、加圧方向と直交する面におけるＸ方向およびＹ方向に関して、一対の成形型が互いにずれたとしても、少なくとも加圧の直前の段階において、変位センサにより成形型の各変位量が検出され、この両変位量の差分に基づいて一方の成形型が移動して芯出しがなされる。これにより、加圧成形されるガラス光学素子の光軸のずれが防止される。

また本発明においては、前記加熱手段が成形型の合わせ面近傍に位置した構造において、成形型の各加圧方向外側に断熱部材を取り付け、かつ前記型移動手段を一方の断熱部材の加圧方向外側に取り付ける構成とし、基端側が各成形型にそれぞれ取り付けられ、先端側が各断熱部材を貫通して、或いは迂回して各断熱部材の加圧方向外側にそれぞれ位置する被検出部材を設け、各断熱部材の加圧方向外側において、この被検出部材の変位量を前記変位センサにより検出する構成としたことを特徴とするガラス光学素子の成形装置とした。

このガラス光学素子の成形装置によれば、加熱手段からの熱の影響が小さい断熱部材の加圧方向外側において、変位センサによる検出が行われる。したがって、変位センサを光学センサ、特にレーザセンサとすることができ、成形型のずれを高精度に把握できる。

また本発明においては、前記型移動手段は、成形型を前記Ｘ方向における一方向および前記Ｙ方向における一方向に向けて常時付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して成形型の移動を適宜な位置で規制するように成形型に当接して設けられ、前記制御手段により制御されてそれぞれ前記Ｘ方向、前記Ｙ方向に伸縮自在となる一対のピエゾ素子と、を備えたことを特長とするガラス光学素子の成形装置とした。

このガラス光学素子の成形装置によれば、ピエゾ素子が介在することで、成形型のより微細な芯出しが可能となり、ガラス光学素子の光軸のずれを極力低減できる。

本発明によれば、ガラス光学素子の光軸のずれを極力低減できる成形装置となる。

本発明に係るガラス光学素子の成形装置（以降、単に成形装置という）について、３つの実施形態を示して説明する。なお、本発明では胴型の有無は適宜に決定される事項であり、３つの実施形態ではいずれも省略している。

「第１実施形態」
図１は第１実施形態における成形装置の構成を示す側面説明図である。成形装置１は、加熱手段からの加熱によって軟化したガラス素材Ｇを加圧成形する上型２および下型３（一対の成形型）を備える。ガラス光学素子としては例えば光学レンズなどである。上型２および下型３の各合わせ面には、ガラス光学素子の光学機能面（非球面等）を成形する成形面２ａ、３ａが形成されている。下型３は台座４に載置され、上型２は台座５に垂下されるように取り付けられている。台座５は、油圧シリンダなどの加圧駆動源６に連結されることにより昇降自在に構成されている。

加熱手段を構成するヒータブロック７は、上型２および下型３の側部において、上型２および下型３の合わせ面近傍に配設されており、ガラス素材Ｇはヒータブロック７により直接加熱されるとともに、上型２および下型３からの熱により加熱される。以上により、加圧駆動源６の駆動により上型２が下降して、加熱状態にあるガラス素材Ｇの加圧成形が行われる。

本実施形態の成形装置１は、成形型の加圧方向と直交する面におけるＸ方向およびＹ方向、つまり本実施形態においては水平面におけるＸ方向およびＹ方向に関し、上型２および下型３の変位量をそれぞれ検出する変位センサ８、９と、上型２、下型３の内のいずれか一方の成形型を前記Ｘ方向およびＹ方向に移動可能とする型移動手段１０と、変位センサ８、９により検出された上型２、下型３の変位量の差分に基づき、上型２と下型３とが芯出しされるように型移動手段１０の駆動を制御する制御手段１１と、を備えることを主な特徴とする。

変位センサ８、９の種類としては、大別して接触式と非接触式とに分けられる。接触式としては荷重センサが好適であり、この場合、例えば上型２、下型３の各側面にセンサ部を当接させる構造とする。非接触式としてはレーザセンサが好適であり、例えば上型２、下型３の各側面をレーザ照射部とする。特にレーザセンサはミクロン単位での正確な変位量の検出が行えるので変位センサ８、９として最適である。なお、一般に荷重センサやレーザセンサはそれ単体では１次元の変位量のみを検出するタイプが多いので、本発明のように２次元（Ｘ方向およびＹ方向）について検出する場合には、変位センサ８、９をそれぞれの成形型において直交する２箇所の側面部に対応して２個ずつ配設すればよい。図では変位センサ８、９は１個ずつとして記載されている。

型移動手段１０の一例としては、いわゆるＸＹテーブル１２が挙げられる。図ではＸＹテーブル１２により下型３を移動させる態様を示しており、下型３が可動部１２ａに固定され、固定部１２ｂが台座４に固定された構造となっている。制御手段１１はＣＰＵを備えたコントローラからなる。

以上の構成により、加圧方向と直交する面におけるＸ方向およびＹ方向に関して、上型２と下型３とが互いにずれたとしても、少なくとも加圧の直前の段階において、変位センサ８，９により上型２、下型３の各変位量が検出され、この両変位量の差分に基づいて下型３が上型２に対して芯出しされるように移動する。これにより、加圧成形されるガラス光学素子の光軸のずれが防止される。

「第２実施形態」
図２は第２実施形態における成形装置の構成を示す側面説明図である。第２実施形態において、第１実施形態で説明した構成部材と同一のものについては同一符号を付し、重複する事項については説明を省略する。

変位センサ８、９としてレーザセンサが検出精度の点で好ましいことは既述した通りであるが、このレーザセンサは、高温の空気中においてはレーザ光線が屈折するなど性能が不安定となり、正確な変位量の検出が行いにくいという問題がある。したがって、ヒータブロック７が成形型の合わせ面近傍に位置している場合において、熱の影響を大きく受ける上型２、下型３の側面周りを検出するという第１実施形態では、レーザセンサを適用するには困難性が伴う。

この問題に対し、第２実施形態の成形装置２１は、先ず、上型２、下型３の各加圧方向外側に断熱部材２２、２３を取り付け、かつ型移動手段１０を一方の断熱部材２３の加圧方向外側に取り付けた構成となっている。そして、基端側が上型２、下型３にそれぞれ取り付けられ、先端側が断熱部材２２、２３を貫通して、或いは迂回して断熱部材２２、２３の加圧方向外側にそれぞれ位置する被検出部材２４、２５を設け、断熱部材２２、２３の加圧方向外側において、被検出部材２４、２５の変位量を変位センサ８、９により検出する構成となっている。被検出部材２４、２５は上型２、下型３に一体に取り付けられているので、被検出部材２４、２５の変位量を検出することで上型２、下型３の変位量を求めることができ、したがって、成形面２ａ、３ａにおける芯出しのずれを監視することができる。

図では、断熱部材２２、２３において、表裏を貫通する貫通孔２２ａ、２３ａを穿設し、この貫通孔２２ａ、２３ａを貫通させて、被検出部材２４、２５の先端側を断熱部材２２、２３の加圧方向外側に位置させている。

この構成によれば、ヒータブロック７からの熱の影響が小さい断熱部材２２、２３の加圧方向外側において、変位センサ８、９による検出が行われることとなる。したがって、変位センサ８、９を光学センサ、特にレーザセンサとすることができ、上型２と下型３とのずれを高精度に把握でき、型移動手段１０の微細な移動に反映できることとなる。なお、上型２、下型３に取り付けられる被検出部材２４、２５の基端側の位置は、図では上型２、下型３の各側面としているが、上型２、下型３の熱膨張による変形分を考慮すると、被検出部材２４、２５の基端側の位置は、成形面２ａ、３ａの光軸線上にあることが好ましい。

「第３実施形態」
図３は第３実施形態における成形装置の説明図であり、（ａ）は部分側面説明図、（ｂ）は型移動手段の平面説明図である。この第３実施形態においても、第１実施形態で説明した構成部材と同一のものについては同一符号を付し、重複する事項については説明を省略する。

この第３の実施形態の成形装置３１は、型移動手段１０の精度向上を目的とした形態であり、型移動手段１０が、成形型（下型３）をＸ方向における一方向およびＹ方向における一方向に向けて常時付勢する付勢手段３２と、この付勢手段３２の付勢力に抗して成形型（下型３）の移動を適宜な位置で規制するように成形型（下型３）に当接して設けられ、制御手段１１により制御されてそれぞれＸ方向、Ｙ方向に伸縮自在となる一対のピエゾ素子３３、３４と、を備えたことを特長とするものである。

前記付勢手段３２として、図では圧縮ばね３２ａ、３２ｂを設けた場合を示している。圧縮ばね３２ａ、３２ｂは平面視して互いに直交するように配置されて、各一端側が台座４の側壁部４ａに取り付けられ、各他端側が下型３の側面下部に取り付けられる。ピエゾ素子３３、３４は、圧縮ばね３２ａ、３２ｂが取り付けられる部位と反対側の下型３の側面下部に当接するように配置されている。ピエゾ素子３３は圧縮ばね３２ａの軸方向（Ｘ方向）に沿って伸縮し、ピエゾ素子３４は圧縮ばね３２ｂの軸方向（Ｙ方向）に沿って伸縮する。

この構成によれば、制御装置１１の制御により、下型３が上型２に対して芯出しされる位置となるようにピエゾ素子３３、３４が伸縮する。所定の伸縮後、下型３は圧縮ばね３２ａ、３２ｂにより常時付勢され、ピエゾ素子３３、３４によって移動規制されることとなるので、上型２に対する芯出しの位置が維持される。このように、ピエゾ素子３３、３４を利用することで、成形型のより微細な芯出しが可能となり、ガラス光学素子の光軸のずれを極力低減できる。特に、第２実施形態の構成であるところの、断熱部材２２、２３の加圧方向外側において、被検出部材２４、２５の変位量を変位センサ８、９により検出する構成と組み合わせれば、変位センサ８、９をレーザセンサとすることができるので、レーザセンサによって得られた高精度な変位量の数値をピエゾ素子３３、３４の介在によって正確に下型３の移動量に反映できることとなる。

以上、本発明について好適な実施形態を説明した。説明した実施形態ではいずれも型移動手段１０を下型３側に設けた場合であったが、上型２側に設けることも可能である。

本発明の第１実施形態における成形装置の構成を示す側面説明図である。 本発明の第２実施形態における成形装置の構成を示す側面説明図である。 本発明の第３実施形態における成形装置の説明図であり、（ａ）は部分側面説明図、（ｂ）は型移動手段の平面説明図である。

符号の説明

１、２１、３１ ガラス光学素子の成形装置
２ 上型
３ 下型
７ ヒータブロック（加熱手段）
８、９ 変位センサ
１０ 型移動手段
１１ 制御手段
２２、２３ 断熱部材
２４、２５ 被検出部材
３２ 付勢手段
３３、３４ ピエゾ素子
Ｇ ガラス素材

Claims (3)

1. 加熱手段からの加熱によって軟化したガラス素材を一対の成形型により加圧成形するガラス光学素子の成形装置であって、
   成形型の加圧方向と直交する面におけるＸ方向およびＹ方向に関し、各成形型の変位量をそれぞれ検出する変位センサと、
   いずれか一方の成形型を前記Ｘ方向およびＹ方向に移動可能とする型移動手段と、
   前記変位センサにより検出された各成形型の変位量の差分に基づき、両成形型が芯出しされるように前記型移動手段の駆動を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするガラス光学素子の成形装置。
2. 前記加熱手段が成形型の合わせ面近傍に位置した構造において、
   成形型の各加圧方向外側に断熱部材を取り付け、かつ前記型移動手段を一方の断熱部材の加圧方向外側に取り付ける構成とし、
   基端側が各成形型にそれぞれ取り付けられ、先端側が各断熱部材を貫通して、或いは迂回して各断熱部材の加圧方向外側にそれぞれ位置する被検出部材を設け、
   各断熱部材の加圧方向外側において、この被検出部材の変位量を前記変位センサにより検出する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のガラス光学素子の成形装置。
3. 前記型移動手段は、
   成形型を前記Ｘ方向における一方向および前記Ｙ方向における一方向に向けて常時付勢する付勢手段と、
   この付勢手段の付勢力に抗して成形型の移動を適宜な位置で規制するように成形型に当接して設けられ、前記制御手段により制御されてそれぞれ前記Ｘ方向、前記Ｙ方向に伸縮自在となる一対のピエゾ素子と、
   を備えたことを特長とする請求項１または請求項２に記載のガラス光学素子の成形装置。

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