JP2007284286A - Method for molding optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレス成形によってガラス製のレンズ等の光学素子を成形する光学素子の成形方法に関するものである。 The present invention relates to an optical element molding method for molding an optical element such as a glass lens by press molding.
従来から、例えば特許文献1に開示されているように、溶融ガラスを直接光学素子に成形するダイレクトプレス成形方法が知られている。しかしながら、比較的長い時間、高温のガラスを型に接触させながら成形するため、型へのダメージが大きくなり、型の表面状態が悪化することで、光学素子の外観品質が低下する傾向があった。さらに、成形品の形状が複雑であれば、ガラス塊を型で受けたときに、ガラス塊と型との間に気体が巻き込まれ、成形品にガス残りが生じることがあった。また、ガラス塊を受ける型の温度が低い場合には、ガラス塊の表面に凹凸ができ、同様に成形品にガス残りが生じることがあった。
Conventionally, as disclosed in
そのため、成形品を成形する前のプリフォームとしてゴブを作成する工程を新たに分け、専用のゴブ成形用の型で、高温のガラスを非接触で成形品に近い形状へ成形する方法も行われている。しかしながら、専用のゴブ型からゴブを精密成形用の型へ移動させる機構を必要とするために、装置構成が複雑になり、また、移動中にゴブの温度が低下してしまいサイクルタイムが長くなるという問題が生じることがある。さらに、ゴブと精密成形用の型との位置合わせが困難になるという問題もある。
上記従来の技術によれば、前述のように、軟化したガラスを光学素子にプレス成形するに至るまでの工程で、接触による型へのダメージや成形品のガス残り不良が生じるおそれがある。また、ゴブ型を用いる方法では、ゴブを精密成形用の型へ移すときの位置決め機構の複雑さ、移動搬送中のゴブ温度の低下によるサイクルタイムの延長等の問題がある。 According to the above-described conventional technique, as described above, there is a risk that damage to the mold due to contact or defective gas residue of the molded product may occur in the process until press-molding the softened glass into an optical element. In addition, the method using the gob mold has problems such as the complexity of the positioning mechanism when the gob is transferred to the precision molding mold and the extension of the cycle time due to the decrease in the gob temperature during the transfer.
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、軟化した高温のガラスによる型へのダメージを低減し、しかも、効率的に光学素子をプレス成形することのできる光学素子の成形方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and reduces damage to the mold caused by the softened high-temperature glass, and also efficiently press-molds the optical element. An object of the present invention is to provide a method for forming an optical element that can be used.
本発明の光学素子の成形方法は、上型と下型を用いたプレス成形によって光学素子を成形する光学素子の成形方法において、軟化したガラス塊を、ガラス転移点より低い温度に制御された前記下型で受けて冷却する冷却工程と、冷却したガラス塊を、ガラス粘度が105 ないし1011dPa・sの範囲内になるまで前記下型上で再加熱する再加熱工程と、を有し、再加熱されたガラス塊を前記上型と前記下型によってプレス成形することを特徴とする。 The optical element molding method of the present invention is the optical element molding method for molding an optical element by press molding using an upper mold and a lower mold, wherein the softened glass lump is controlled at a temperature lower than the glass transition point. A cooling step of receiving and cooling with the lower die, and a reheating step of reheating the cooled glass lump on the lower die until the glass viscosity falls within the range of 10 5 to 10 11 dPa · s. The reheated glass lump is press-molded by the upper mold and the lower mold.
軟化したガラス塊を、ガラス転移点以下に低温制御された下型に接触させることでガラス塊を急速冷却し、瞬間的に下型から離間させる。これによって、下型が高温にさらされる時間が短縮され、ガラスが下型に融着することや、型の表面の荒れを防止することができる。 The softened glass lump is brought into contact with the lower mold whose temperature is controlled below the glass transition point, whereby the glass lump is rapidly cooled and instantaneously separated from the lower mold. As a result, the time during which the lower mold is exposed to a high temperature is shortened, so that the glass can be fused to the lower mold and the surface of the mold can be prevented from being rough.
軟化したガラスを下型に滴下した場合は、下型へ衝突したガラス塊が下型の形状に倣うように変形するため、ガラスと下型との位置決めを容易に行うことができる。 When the softened glass is dropped onto the lower mold, the glass lump that collides with the lower mold is deformed so as to follow the shape of the lower mold, so that the glass and the lower mold can be easily positioned.
このように、ガラス転移点以下で生じるガラスの熱収縮を利用して、確実にガラスを下型から離間させることで、下型が高温にさらされる時間を短縮し、かつ、高い融着防止効果を得ることで、高精度な光学素子を安価に製造することができる。 Thus, by utilizing the thermal shrinkage of the glass that occurs below the glass transition point, the glass is surely separated from the lower mold, so that the time during which the lower mold is exposed to high temperatures is shortened, and a high anti-fusion effect Thus, a highly accurate optical element can be manufactured at low cost.
また、ガラス塊が下型から離間した後に真空引きを行うことで、ガラス塊と下型との間の気体を排除し、成形品のガス残り不良を防止することができる。 Further, by performing evacuation after the glass lump has been separated from the lower mold, the gas between the glass lump and the lower mold can be eliminated, and defective gas residues in the molded product can be prevented.
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、一実施の形態による光学素子の成形方法を概略的に示す工程図であり、溶融炉1はガラスが液相温度以上になるように温度制御がなされている。軟化したガラス塊2は、溶融炉1から伸びたパイプから溶融炉1内のガラスが滴下されてできたものである。上下一対に配置された上型3と下型4は、双方ともにプレス面には、離型膜として、ダイヤモンド状炭素(DLC)が成膜されている。また、2つの型3、4は精密成形用の型であり、型のプレス面の表面は、成形品の被プレス面の表面粗さが光学素子の要求値を満足するレベルに滑らかである。下型4上のガラス塊2を加熱するためのヒータ5は、伝導、輻射等の何れの伝熱形態でもよい。製作される光学素子6の材質は、SK12(ガラス転移点Tg=505℃)等のガラスである。
FIG. 1 is a process diagram schematically showing a method of molding an optical element according to an embodiment, and the
光学素子6の成形方法は以下の通りである。 The molding method of the optical element 6 is as follows.
図1の(a)に示すように、溶融炉1から伸びるパイプから所定重量の軟化したガラス塊2を落下させる。パイプと下型の位置関係は、ガラス塊2と下型4との中心位置ズレが500μm以下となるように調整しておくと、表面張力により球体となっているガラス塊2の軸対称性を崩さずに冷え固めることができる。これにより、特に軸対称レンズにおいて、高精度な成形品を安定して得ることができる。
As shown in FIG. 1A, a softened
図1の(b)に示すように、落下したガラス塊2が下型4へ衝突し、ガラス塊2が持っていた運動エネルギーによって下型4の表面へ衝撃力が加わる。また、これと同時に下型4からの反力がガラス塊2に作用する。これらの力のバランスにより、ガラス塊2は下型4へ押し付けられ、下型4の表面の形状に倣うように変形する。このとき、滴下したガラス塊2を受ける下型4の温度をガラス転移点Tg以下に制御し、下型4の熱容量を大きくしておくことで、ガラス塊2の表面温度を急激に低下させることができる。
As shown in FIG. 1B, the dropped
このような急速冷却により、ガラス塊2が下型4に接触した瞬間にガラスの熱収縮が起こり、その力でガラス塊2が下型4から離間する。このようにして離間させることで、ガラス塊2と下型4とが長時間高温で接触することで生じる界面反応を防止する。また、急激にガラス塊2を冷却することで、ガラス塊2から発生しているガラス成分の揮発を止め、下型4の表面へのダメージを防止する。
By such rapid cooling, the glass shrinks at the moment when the
その結果、ガラス塊2は、下型4と融着することなく、また、下型4の型表面の粗度が悪化することもなく、下型4との位置合わせが高精度に行われた状態で下型4の上に戴置される。
As a result, the
図1の(c)に示す工程では、ガラス塊2と下型4との位置関係を変化させずに、そのままヒータ5により、下型4上のガラス塊2を再加熱する。次いで、図1の(d)に示すように、ガラス粘度が例えば109 dPa・sになったところで、上型3を下降させてプレス成形を行い、ガラス塊2を下型4のプレス面に倣わせながら変形させることで、上型3と下型4の間の空間へガラスを充填させる。
In the step shown in FIG. 1C, the
図1の(e)に示すように、ガラスの冷却工程を経て、(f)に示すように上下の型3、4を離間させて、成形された光学素子6を取り出す。次のサイクルを開始する前に、下型4の温度が設定温度になるまで温度調整する。
As shown in FIG. 1E, after the glass cooling step, the upper and
上記の工程を繰り返し単位として、サイクルを実行することで、光学素子を連続的に成形していくことができる。 The optical element can be continuously formed by executing the cycle using the above steps as a repeating unit.
図2は、上記の光学素子の成形方法における、図1の(a)〜(f)に示した工程ごとの温度勾配を示す。 FIG. 2 shows a temperature gradient for each step shown in FIGS. 1A to 1F in the above-described optical element molding method.
図1の(a)に示す第1工程では、ガラス塊が滴下されたことで、雰囲気との熱交換が行われ、ガラス塊の温度が比較的緩やかに低下する。ここでは、下型の温度は、例えばガラス転移点Tgより150℃低い温度に温度調節されている。この下型の温度は、下型からの急激な冷却で、ガラス表面に過大な凹凸(PV値=500μm以上)が形成されるのを防ぎ、かつ、図1の(b)に示す第2工程において、ガラスが下型から確実に離間する温度とする。 In the first step shown in FIG. 1A, when the glass block is dropped, heat exchange with the atmosphere is performed, and the temperature of the glass block decreases relatively slowly. Here, the temperature of the lower mold is adjusted to a temperature 150 ° C. lower than the glass transition point Tg, for example. The temperature of the lower mold prevents excessive unevenness (PV value = 500 μm or more) from being formed on the glass surface due to rapid cooling from the lower mold, and the second step shown in FIG. The temperature at which the glass is surely separated from the lower mold.
第2工程では、ガラス塊と下型とが接触することで、瞬間的にガラス塊の熱が下型に移動し、ガラス塊の温度は急激に低下し、一方、下型の温度は、急激に上昇する。このとき、ガラス塊の熱容量が下型の熱容量より小さくなるように設定しておくと、ガラス塊を急激に冷却することができるため、融着防止効果が大きくなる。 In the second step, the glass lump and the lower mold come into contact with each other, so that the heat of the glass lump instantaneously moves to the lower mold, and the temperature of the glass lump rapidly decreases, while the temperature of the lower mold rapidly To rise. At this time, if the heat capacity of the glass lump is set to be smaller than the heat capacity of the lower mold, the glass lump can be rapidly cooled, so that the effect of preventing fusion is increased.
ガラス塊と下型との接触により生じた熱交換が次第に平衡状態に近づいたときに、ガラスの温度がガラス転移点Tgより高くなると、ガラスが下型から離れようとする熱応力が緩和される。そのため、ガラス塊と下型とを離間させることができなくなり、ガラス塊と下型との間に封じ込まれた気体があると、プレス成形後の成形品である光学素子の表面にガス残り不良ができる。これを防止するために、下型の温度を調節して、上記平衡状態に近づいたときにガラスの温度がガラス転移点Tg以下となるようにしておき、ガラスが確実に離間するようにする。例えば、ガラスが下型から離間したときの下型の温度をガラス転移点Tgより110℃低い温度に設定する。 When the heat exchange caused by the contact between the glass block and the lower mold gradually approaches an equilibrium state, if the glass temperature becomes higher than the glass transition point Tg, the thermal stress that the glass tends to leave the lower mold is relaxed. . Therefore, it becomes impossible to separate the glass lump and the lower mold, and if there is a gas sealed between the glass lump and the lower mold, the gas residue is poor on the surface of the optical element that is a molded product after press molding. Can do. In order to prevent this, the temperature of the lower mold is adjusted so that the glass temperature is equal to or lower than the glass transition point Tg when approaching the above-mentioned equilibrium state, so that the glass is surely separated. For example, the temperature of the lower mold when the glass is separated from the lower mold is set to a temperature 110 ° C. lower than the glass transition point Tg.
図1の(c)に示す第3工程では、ヒータによる再加熱を行い、ガラス転移点Tg以下のガラス塊と下型の温度を上昇させる。上昇させる温度の上限値は、ガラスをプレス変形させることのできるガラス粘度、下限値は、ガラスと下型とが短時間で反応しないガラス粘度に対応させる。つまり、ガラス粘度が105 〜1011dPa・sの範囲になるように温度調整を行う。 In the third step shown in FIG. 1C, reheating with a heater is performed to increase the temperature of the glass block and the lower mold below the glass transition point Tg. The upper limit of the temperature to be raised corresponds to the glass viscosity at which the glass can be press deformed, and the lower limit corresponds to the glass viscosity at which the glass and the lower mold do not react in a short time. That is, the temperature is adjusted so that the glass viscosity is in the range of 10 5 to 10 11 dPa · s.
図1の(d)に示す第4工程では、ガラスと下型との温度を所定の時間で安定させ、プレス成形を行う。 In the fourth step shown in FIG. 1 (d), the temperature of the glass and the lower mold is stabilized for a predetermined time, and press molding is performed.
図1の(e)に示す第5工程では、ガラスの成形品を再冷却し、上、下型との熱膨張係数の差による熱応力を発生させ、自然にガラスの成形品が離型するようにする。 In the fifth step shown in FIG. 1 (e), the glass molded product is re-cooled to generate thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the upper and lower molds, and the glass molded product is released from the mold naturally. Like that.
図1の(f)に示す第6工程では、型開きを行い、成形品であるガラスの光学素子を取り出しつつ、下型の温度を次のサイクルの第1工程の設定温度になるまで温度調整する。第6工程が終了すると、再び、第1工程を開始する。 In the sixth step shown in FIG. 1 (f), the mold is opened and the temperature of the lower mold is adjusted to the set temperature of the first step of the next cycle while taking out the glass optical element as the molded product. To do. When the sixth step ends, the first step starts again.
このようにして、軟化したガラスから、高品質な光学素子を効率的に成形することができる。 In this way, a high-quality optical element can be efficiently molded from the softened glass.
本実施例では、図2に示す第2工程開始時点での下型の温度をガラス転移点Tgより200℃以上低い温度に設定し、ガラス塊の温度をより急激に下げた。第3工程においては、下型から離間しているガラス塊の粘度が1015dPa・s以上のときに真空引きを行い、離間したガラス塊の凹凸と下型との間の気体を排除した状態で再加熱を続け、第4工程の充填(プレス成形)を行った。 In this example, the temperature of the lower mold at the start of the second step shown in FIG. 2 was set to a temperature 200 ° C. or more lower than the glass transition point Tg, and the temperature of the glass lump was lowered more rapidly. In the third step, vacuuming is performed when the viscosity of the glass lump separated from the lower mold is 10 15 dPa · s or more, and the gas between the unevenness of the separated glass lump and the lower mold is excluded. Then, reheating was continued and filling (press molding) in the fourth step was performed.
本実施例では、下型の温度をガラス転移点Tgより200℃以上低い温度に設定したことで、第2工程での離間後のガラス塊の凹凸が大きくなった場合でも、真空引きを行ったことでガス残りを生じることなく、高精度な光学素子をプレス成形することができた。なお、真空引きのタイミングはガラス粘度が1013dPa・s以上であれば、自重変形により、離間したガラスが再び軟化して型に密着することがないので、同様のガス残り防止効果が得られる。 In this example, the temperature of the lower mold was set to a temperature 200 ° C. or more lower than the glass transition point Tg, so that vacuuming was performed even when the unevenness of the glass lump after separation in the second step became large. Thus, it was possible to press-mold a highly accurate optical element without generating a gas residue. In addition, if the glass viscosity is 10 13 dPa · s or more when the vacuuming is performed, the separated glass will not be softened again due to its own weight deformation and will not adhere to the mold again, so that the same gas residue prevention effect can be obtained. .
実施例1の第3工程において、ガラス塊をランプヒータからの赤外線により再加熱しながら、真空引きを行い、離間したガラス塊の凹凸と下型との間にある気体を排除した。その後、真空状態のまま、ガラス粘度が109 dPa・sになったところで、プレス成形を行い、光学素子を得た。 In the third step of Example 1, the glass block was evacuated while being reheated by infrared rays from the lamp heater, and the gas between the unevenness of the separated glass block and the lower mold was excluded. Then, when the glass viscosity reached 10 9 dPa · s in a vacuum state, press molding was performed to obtain an optical element.
本実施例において、赤外線による再加熱を行ったことで、ガス残りを防止するために真空引きをしていても、昇温時間を短くすることができ、タクト短縮の効果が得られた。なお、ここでは赤外線により加熱を行ったが、これが、マイクロ波程度の波長の電磁波であっても、ガラスが吸収する帯域の電磁波であればガラスを直接加熱することができるため、同様のタクト短縮効果が得られる。 In this example, by performing reheating with infrared rays, even when evacuation was performed to prevent gas residue, the temperature raising time could be shortened, and the tact shortening effect was obtained. In addition, although heating was performed by infrared rays here, even if this is an electromagnetic wave having a wavelength of about a microwave, if the electromagnetic wave is in a band that is absorbed by the glass, the glass can be directly heated. An effect is obtained.
1 溶融炉
2 ガラス塊
3 上型
4 下型
5 ヒータ
6 光学素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
軟化したガラス塊を、ガラス転移点より低い温度に制御された前記下型で受けて冷却する冷却工程と、
冷却したガラス塊を、ガラス粘度が105 ないし1011dPa・sの範囲内になるまで前記下型上で再加熱する再加熱工程と、を有し、
再加熱されたガラス塊を前記上型と前記下型によってプレス成形することを特徴とする光学素子の成形方法。 In an optical element molding method in which an optical element is molded by press molding using an upper mold and a lower mold,
A cooling step of receiving and cooling the softened glass lump with the lower mold controlled to a temperature lower than the glass transition point;
A reheating step of reheating the cooled glass lump on the lower mold until the glass viscosity is in the range of 10 5 to 10 11 dPa · s,
A method of molding an optical element, wherein the reheated glass block is press-molded by the upper mold and the lower mold.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006112866A JP2007284286A (en) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | Method for molding optical element |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
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CN102173564A (en) * | 2011-03-08 | 2011-09-07 | 湖南大学 | Non-isothermal air float type die forming method |
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2006
- 2006-04-17 JP JP2006112866A patent/JP2007284286A/en active Pending
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