JP2007230834A - 光学ガラス素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な光学ガラス素子を低コストでプレス成形することのできる光学ガラス素子の成形方法を提供する。
【解決手段】光学ガラス素子５０のそれぞれに対応した成形面１２，２２を有する一対の上型１０及び下型２０を準備するステップと、成形用プリフォーム４０を位置決めする位置決め穴３４を複数個有する位置決め部材３０を準備するステップと、位置決め部材３０を下型２０の上に配置し、複数の成形用プリフォーム４０を各位置決め穴３４に供給するステップと、一対の上型１０及び下型２０の間で成形用プリフォーム４０を熱間でプレス成形するステップと、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、上型と下型との間で一度に複数個の光学ガラス素子を成形する光学ガラス素子の成形方法に関する。

プリフォームを用いた再加熱プレス成形法によって、非常に高精度な光学ガラス素子を作成することが行われているが、プレス成形時には金型を昇温・降温させる必要があるために、生産効率が必ずしも高いとは言えない。そこで、生産効率を高めるために、複数対の上型及び下型を一つの胴型に装填して、複数個の光学ガラス素子を同時にプレス成形することが検討されている（例えば、特許文献１及び２を参照のこと）。
特開平０５−２４８６１号公報 特開平０７−３３４５２号公報

例えば、図１（Ａ）に示したような、上型１１０と下型１２０とスリーブ１３０とからなる一個取り金型セット１０１を準備し、成形用プリフォーム１４０を上型１１０と下型１２０との間に装填した一個取り金型セット１０１を準備し、一個取り金型セット１０１を、図１（Ｂ）に示したような、複数の金型セット装着穴を有する蓮根状部材１６０にそれぞれ装填して、一度の成形で多数個の光学ガラス素子５０５０を成形するという工法が提案されている。

上記蓮根状部材を用いた多数個成形法では、多くの金型セット１０１が必要になるために製造コストが高い、蓮根状部材１６０における金型セット１０１の配置可能な数も限定的である等の問題がある。

また、図２に示したように、大きめの成形用プリフォーム１４０を準備し、成形用プリフォーム１４０を複数取り成形面を有する上型１１０と下型１２０との間でプレス成形し、プレス成形によって得られた成形ブロック１５０を後加工工程で幾つかの小片に切り分けることによって光学ガラス素子５０５０を得るという工法が提案されている。

上記切り分け後加工成形法では、成形ブロック１５０を小片に切り分けることが必要になるために製造コストが高い（特に、円形に後加工することが必要となる場合には製造コストが極めて高くなる）、開放部となっている両端部と非開放部である中央部との間で成形ブロック１５０における印加圧力の状態が異なるために成形ムラが発生する等の問題がある。

したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、高精度な光学ガラス素子を低コストでプレス成形することのできる光学ガラス素子の成形方法を提供することである。

課題を解決するための手段および作用・効果

上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、以下の光学ガラス素子の成形方法が提供される。

すなわち、本発明に係る光学ガラス素子の成形方法は、
一対の上型及び下型の間で成形用プリフォームを熱間でプレス成形することによって、光学ガラス素子を成形する方法であって、
光学ガラス素子のそれぞれに対応した成形面を有する一対の上型及び下型を準備するステップと、
成形用プリフォームを位置決めする位置決め穴を複数個有する位置決め部材を準備するステップと、
位置決め部材を下型の上に配置し、複数の成形用プリフォームを各位置決め穴に供給するステップと、
一対の上型及び下型の間で成形用プリフォームを熱間でプレス成形するステップと、
を備えることを特徴とする。

上記方法によれば、下型の上に配置した位置決め部材の各位置決め穴に、成形用プリフォームをそれぞれセットした状態で、各光学ガラス素子に対応した成形面を有する一対の上型及び下型で成形用プリフォームを熱間でプレス成形することによって、多くの光学ガラス素子を同時にプレス成形することができる。プレス成形後に切り分け等の後加工工程を必要としないので、製造コストを低減することができる。各成形用プリフォームが対応する位置決め穴でそれぞれ保持されているので、成形ムラの発生が抑制されて、バラツキの少ない光学ガラス素子が得られる。

上型の成形面が複数の部分円筒面を並列配置した形状を有しており、下型の成形面が平面形状を有しており、複数の位置決め穴は、部分円筒面に対応するように、離間してマトリックス状に整列配置されている。

上記方法によれば、その一面が円筒面であり、その他面が平面であるシリンドリカルレンズである光学ガラス素子が、一度に複数個得られる。

好ましくは、上型は、複数の蒲鉾状金型ブロック体を並列配置することによって構成されている。

上記構成によれば、複数の蒲鉾状金型ブロック体を並列配置することによって、部分円筒凸面が連なった成形面を有する上型を作成することができるので、金型製造コストを削減することができる。

一面が円筒面であり、その他面が平面であるシリンドリカルレンズを作成する場合、上面及び下面が共に平面に形成されている成形用プリフォームを使用することによって、プリフォーム製造コストを削減することができる。

プレス成形による成形用プリフォームの外形変動を抑えるために、プレス成形時の押し込み量が微小であることが好ましい。

以下に、本発明に係る光学ガラス素子５０の成形方法の一実施形態を、図３乃至６を参照しながら詳細に説明する。

図３は、光学ガラス素子の成形方法の一実施形態を説明する模式図である。図４は、図３における成形方法において成形直前の状態を模式的に示す断面図である。図５は、図３に示した成形方法における金型の他の実施形態を模式的に説明する斜視図である。図６は、図３に示した成形方法によって得られた光学ガラス素子を示し、（Ａ）は、光学ガラス素子の平面図であり、（Ｂ）は、光学ガラス素子の側面図である。

プレス成形に使用する成形用プリフォーム４０として、所定形状の、例えば円柱形状又は直方体形状のガラス体を準備する。成形用プリフォーム４０の上下の被成形面は、平面に研磨加工されている。

上型１０は、円筒体の側周面が部分的に切り取られた蒲鉾状の部分円筒凸面が３列に並列配置された成形面１２を有している。下型２０は、平面の成形面２２を有している。

図５に示すように、上型１０は、大略「コ」の字形状をした保持ブロック１８と、当該保持ブロック１８の間に配置された３列の蒲鉾状金型ブロック体１４と、３列の蒲鉾状金型ブロック体１４を両側から挟持するように配置された左右の型締め治具１６と、から構成することもできる。

位置決め部材３０は、平板状の保持基板３２に複数個の位置決め穴３４を形成したものであり、位置決め穴３４が縦横に（マトリックス状に）整列配置されている。位置決め穴３４は成形用プリフォーム４０を受け入れるように寸法構成されている。保持基板３２の厚みは、成形用プリフォーム４０の厚みより小さめに設定されていて、プレス成形時に上型１０の成形面１２が保持基板３２に接触しないように寸法構成されている。

上型１０及び下型２０の非成形面側には、それぞれ、加熱手段としてのヒータや押圧手段としてのプレスシリンダが配設されている。また、上型１０及び下型２０の加熱操作や冷却操作や押圧操作を制御する制御手段が設けられている。

上型１０、下型２０及び位置決め部材３０からなる金型セット１は、セラミック、超硬合金、カーボン、金属等の耐熱性材料を使用することができるが、熱伝導率が良好でガラスとの反応性が低いカーボンやセラミックが好ましい。

次に、このように構成された金型セット１を用いて、光学ガラス素子５０をプレス成形する方法について説明する。

成形面１２が部分円筒凸面を複数個並列配置した形状である上型１０と、成形面２２が平面である下型２０とを準備する。下型２０の上に位置決め部材３０を配置し、所定形状に加工した成形用プリフォーム４０を位置決め穴３４にそれぞれ供給する。

上型１０及び下型２０をそれぞれ所定温度に加熱して、上型１０及び下型２０の間で、位置決め部材３０に保持された成形用プリフォーム４０を熱間で所定時間プレス成形する。プレス成形が終わると、上型１０及び下型２０をそれぞれ所定温度まで冷却する。冷却された上型１０及び下型２０を離間したあと、位置決め部材３０の位置決め穴３４から光学ガラス素子５０を取り出す。得られた光学ガラス素子５０が所定の光学特性を有しているかを計測する。上記成形プロセスによれば、一度のプレス成形によって多くの光学ガラス素子５０が得られて、光学ガラス素子５０の製造コストを大幅に下げることができる。

図６に示すように、本発明に好適な光学ガラス素子５０の一例として、成形上面５２が凹面であり成形下面５４が平面であるシリンドリカルレンズについて説明する。シリンドリカルレンズは、例えば、直径が２．４ｍｍであり、厚みが０．８ｍｍであり、凹面の曲率半径が２１．７ｍｍであり、凹面の凹み量が０．０３３ｍｍという非常に微小な形状を有しており、芯取りが実質的に不可能な形状をしている。

上記形状を有するシリンドリカルレンズをプレス成形するために、直径が２．４ｍｍであり、厚みが０．８ｍｍであり、両面が平面である円柱形状をした硝種ＳＦ５７の成形用プリフォーム４０を準備した。成形用プリフォーム４０を、縦３×横３の合計９個の位置決め穴３４にそれぞれ装填した。上型１０を構成する３列の蒲鉾状金型ブロック体１４は、その凸成形面１２の曲率半径がいずれも２１．７ｍｍである。下型２０の成形面２２は平面である。

上型１０及び下型２０をそれぞれ４００℃に加熱し、５０ｋＮ／ｍ^２の圧力を加えることによって９個の成形用プリフォーム４０を同時にプレス成形した。プレス成形によって得られた９個のシリンドリカルレンズの面形状を測定すると、いずれも面精度がλ／６以上であり、個々の成形バラツキも少なかった。シリンドリカルレンズの成形上面５２の凹み量が０．０３３ｍｍであり、プレス成形時の押し込み量が微小であり、成形用プリフォーム４０と成形された光学ガラス素子５０との間で外形変動もほとんどなかった。

また、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、図７に示すように、その形状の中に回転対称な光軸を有していない、軸非対称なレンズやミラーなどの光学素子を製造するときにも適用することができる。すなわち、図７において、凸の部分円筒成形面１２を有する上型１０と凹の部分円筒成形面２２を有する下型２０との間に、２列の位置決め穴３４を複数個有する位置決め部材３０を配置し、各位置決め穴３４に成形用プリフォーム４０を装填した状態で成形用プリフォーム４０を上型１０及び下型３０との間で熱間でプレス成形するものである。その結果、一度のプレス成形によって多数の軸非対称な光学素子を製造することができる。

従来技術に係る光学ガラス素子の成形方法を説明する模式図である。（Ａ）は、一個取り金型セットによる成形方法を説明する模式図である。（Ｂ）は、一個取り金型セットを用いた多数個成形方法を説明する模式図である。 従来技術に係る光学ガラス素子の成形方法を説明する模式図である。 本発明に係る光学ガラス素子の成形方法の一実施形態を説明する模式図である。 図３における成形方法において成形直前の状態を模式的に示す断面図である。 図３に示した成形方法における金型の他の実施形態を模式的に説明する斜視図である。 図３に示した成形方法によって得られた光学ガラス素子を示し、（Ａ）は、光学ガラス素子の平面図であり、（Ｂ）は、光学ガラス素子の側面図である。 本発明の変形例を説明する図である。

符号の説明

１：金型セット
１０：上型
１２：成形面
１４：蒲鉾状金型ブロック体
１６：型締め治具
１８：保持ブロック
２０：下型
２２：成形面
３０：位置決め部材
３２：保持基板
３４：位置決め穴
４０：成形用プリフォーム
５０：光学ガラス素子
５２：成形上面
５４：成形下面

Claims (5)

1. 一対の上型及び下型の間で成形用プリフォームを熱間でプレス成形することによって、光学ガラス素子を成形する方法であって、
   光学ガラス素子のそれぞれに対応した成形面を有する一対の上型及び下型を準備するステップと、
   成形用プリフォームを位置決めする位置決め穴を複数個有する位置決め部材を準備するステップと、
   位置決め部材を下型の上に配置し、複数の成形用プリフォームを各位置決め穴に供給するステップと、
   一対の上型及び下型の間で成形用プリフォームを熱間でプレス成形するステップと、
   を備えることを特徴とする、光学ガラス素子の成形方法。
2. 上型の成形面が複数の部分円筒面を並列配置した形状を有しており、
   下型の成形面が平面形状を有しており、
   複数の位置決め穴は、部分円筒面に対応するように、離間してマトリックス状に整列配置されていることを特徴とする、請求項１記載の光学ガラス素子の成形方法。
3. 上型は、複数の蒲鉾状金型ブロック体を並列配置することによって構成されていることを特徴とする、請求項２記載の光学ガラス素子の成形方法。
4. 成形用プリフォームは、上面及び下面が共に平面に形成されていることを特徴とする、請求項２記載の光学ガラス素子の成形方法。
5. プレス成形時の押し込み量が微小であることを特徴とする、請求項１記載の光学ガラス素子の成形方法。
   

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