JP2008179488A

JP2008179488A - 光学素子の成形方法

Info

Publication number: JP2008179488A
Application number: JP2007012311A
Authority: JP
Inventors: Yoko Sakota; 洋子迫田; Takahiro Tomita; 高弘富田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-08-07

Abstract

【課題】本発明は、周囲の温度状態が変化して上金型または下金型に圧力を加える加圧シャフトが熱膨張により伸縮しても、その伸縮による加圧シャフトの寸法変化が上下金型間距離に及ぼす影響は小さく、これにより、厚み寸法精度の高い光学素子を成形することが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。
【解決手段】本発明の光学素子の成形方法は、上金型１１と下金型１２と胴型１３とで形成される空間１４ａに光学素材１５を供給した後、この光学素材１５を加熱加圧成形する光学素子の成形方法において、前記上金型１１と光学素材１５とが接触する位置を検出し、この接触位置からの前記上金型１１または下金型１２の移動量に基づいて所定の成形プロセスを行うようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種光学機器などに用いられるガラスからなる光学素子の成形方法に関するものである。

以下、従来の光学素子の成形方法について、図面を参照しながら説明する。

図４（ａ）（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）は従来の光学素子の成形方法を模式的に示す成形工程図、図６は同光学素子の成形方法を示す成形条件チャートである。

図４（ａ）において、１，２はそれぞれ超硬合金からなる上金型および下金型で、この上金型１および下金型２は光学素子の上下の面形状を転写するための成形面１ａ，２ａを備えている。３は上金型１と下金型２を同軸上に規制する中空円筒状の胴型で、この胴型３と前記上金型１および下金型２とで一組の成形金型４を構成している。５は光学ガラス材料よりなる光学素材で、この光学素材５は予め所定寸法の球形状に研磨加工しているものである。６は加熱手段を有する支持部で、この支持部６は前記上金型１を加熱するとともに支持するものである。７は加熱手段を有するプレスヘッドで、このプレスヘッド７は前記下金型２を加熱するとともに加圧力を下金型２に加えるものである。８はプレスヘッド７に加圧力を加える加圧シャフトで、この加圧シャフト８の移動位置をセンサ（図示せず）で検出して制御することにより、上金型１と下金型２との間の上下金型間距離を制御しているものである。

従来の光学素子の成形方法は、まず、胴型３に下方向から挿入された下金型２の成形面２ａの上に光学素材５を載置し、そして図４（ａ）に示すように、上金型１の成形面１ａと光学素材５の上面とを所定の距離を隔てた位置まで接近させる。この状態は図６における時刻Ｔ００の初期状態で、この時、上金型１と下金型２との間の上下金型間距離はＸ００であり、一組の成形金型４は温度Ｚ０１に保持されており、かつ上金型１と下金型２との間に加えられた加圧力Ｐ００は０である。

次に、図６に示すように、光学素材５および成形金型４を所定の昇温速度で昇温させ、そして成形温度である温度Ｚ０２に達した後に、その温度で一定時間保持して時刻Ｔ０１に至る。この時刻Ｔ００から時刻Ｔ０１までの間が昇温ステージである。

次に、時刻Ｔ０１より、加圧シャフト８により上金型１と下金型２との間に圧力Ｐ０１を加えて光学素材５の成形を行う成形ステージを行う。この成形ステージにおいて、上下金型間距離はＸ００から縮まり始め、Ｘ０１となる位置において図４（ｂ）に示すように上金型１の成形面１ａと光学素材５とが接触する。その後、光学素材５は変形を伴いながら上下金型間距離がさらに縮まり、所定の上下金型間距離Ｘ０２に達するまで温度Ｚ０２、圧力Ｐ０１で光学素材５の加圧成形を行う。この成形ステージにおいて、光学素材５はプレスされて、図５（ａ）に示すように光学素子９が形作られる。

次に、上下金型間距離Ｘ０２の位置から、成形金型４および光学素子９を所定の冷却速度で冷却する冷却ステージを行う。この冷却ステージにおいて、成形金型４の温度をＺ０２からＺ０１まで徐々に冷却するとともに、加圧シャフト８により加える加圧力をＰ０２、Ｐ０３へと切り替えて加圧を行う。この冷却ステージで光学素子９および成形金型４は、冷却に伴って寸法収縮し、上下金型間距離はＸ０３になる。

上記冷却ステージが終わった後は、図５（ｂ）に示すように、上金型１と下金型２を開放し、そして光学素子９を取り出す（図示せず）。

以上のように従来の光学素子９は、上下金型間距離に応じて成形プログラムを進行させることにより成形していた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６０−１４５９１９号公報

しかしながら、上記した従来の光学素子の成形方法においては、光学素材および成形金型が成形温度において５００℃を超えるため、上下金型間距離を直接成型金型の箇所において測ることができず、そのため、加圧シャフト８における成形温度の影響の少ない成形金型から離れた箇所でその移動位置を検出し制御していた（図示せず）。

そして、上記した加圧シャフト８の移動位置の検出時に、周囲の温度状態の影響により加圧シャフト８が熱膨張により伸縮していると、加圧シャフト８の寸法変化の量だけＸ００およびＸ０１の位置がシフトしてしまい、これにより、成形後の光学素子９の厚みがシフトして所望の厚みの光学素子が得られないという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、周囲の温度状態が変化して上金型または下金型に圧力を加える加圧シャフトが熱膨張により伸縮しても、その伸縮による加圧シャフトの寸法変化が上下金型間距離に及ぼす影響は小さく、これにより、厚み寸法精度の高い光学素子を成形することが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。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、上金型と下金型と胴型とで形成される空間に光学素材を供給した後、この光学素材を加熱加圧成形する光学素子の成形方法において、前記上金型と光学素材とが接触する位置を検出し、この接触位置からの前記上金型または下金型の移動量に基づいて所定の成形プロセスを行うようにしたもので、この成形方法によれば、上金型と光学素材とが接触する位置を検出し、この接触位置からの前記上金型または下金型の移動量に基づいて所定の成形プロセスを行うようにしているため、周囲の温度状態が変化して上金型または下金型に圧力を加える加圧シャフトが熱膨張により伸縮しても、その伸縮による加圧シャフトの寸法変化が上下金型間距離に及ぼす影響は小さく、これにより、厚み寸法精度の高い光学素子を成形することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、上金型または下金型の移動速度の変化により、前記上金型と光学素材とが接触する位置を検出するようにしたもので、この成形方法によれば、上金型または下金型の移動速度の変化により、上金型と光学素材とが接触する位置を検出するようにしているため、前記上金型と光学素材とが接触する位置を検出するための追加の検出装置を設ける必要はなく、上金型または下金型の位置の時間による変化を算出することにより、高い位置精度で上金型と光学素子とが接触した位置を容易に検出することができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の光学素子の成形方法は、上金型と下金型と胴型とで形成される空間に光学素材を供給した後、この光学素材を加熱加圧成形する光学素子の成形方法において、前記上金型と光学素材とが接触する位置を検出し、この接触位置からの前記上金型または下金型の移動量に基づいて所定の成形プロセスを行うようにしているため、周囲の温度状態が変化して上金型または下金型に圧力を加える加圧シャフトが熱膨張により伸縮しても、その伸縮による加圧シャフトの寸法変化が上下金型間距離に及ぼす影響は小さく、これにより、厚み寸法精度の高い光学素子を成形することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における光学素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）（ｂ）は本発明の一実施の形態における光学素子の成形方法を模式的に示す成形工程図、図３は同光学素子の成形方法を示す成形条件チャートである。

図１（ａ）において、１１，１２はそれぞれタングステンカーバイドなどの超硬合金からなる上金型および下金型で、この上金型１１および下金型１２は光学素子の上下の面形状を転写するための成形面１１ａ，１２ａを備えている。１３は上金型１１と下金型１２を同軸上に規制する中空円筒状の胴型で、この胴型１３と前記上金型１１および下金型１２とで一組の成形金型１４を構成している。１５は光学ガラス材料よりなる光学素材で、この光学素材１５は予め所定寸法の球形状に研磨加工しているものであり、そして前記上金型１１と下金型１２と胴型１３とで形成される空間１４ａに供給された後に加熱加圧成形される。１６は加熱手段を有する支持部で、この支持部１６は前記上金型１１を加熱するとともに支持するものである。１７は加熱手段を有するプレスヘッドで、このプレスヘッド１７は前記下金型１２を加熱するとともに加圧力を下金型１２に加えるものである。１８はプレスヘッド１７に加圧力を加える加圧シャフトで、この加圧シャフト１８の移動位置をセンサ（図示せず）により検出して制御することにより、上金型１１と下金型１２との間の上下金型間距離を制御しているものである。

本発明の一実施の形態における光学素子の成形方法は、まず、胴型１３に下方向から挿入された下金型１２の成形面１２ａの上に光学素材１５を載置し、そして図１（ａ）に示すように、上金型１１の成形面１１ａと光学素材１５の上面とを所定の距離を隔てた位置まで接近させる。この状態は図３における時刻Ｔ０の初期状態で、この時、上金型１１と下金型１２との間の上下金型間距離はＸ０であり、一組の成形金型１４は温度Ｚ１に保持されており、上金型１１と下金型１２との間に加えられた加圧力Ｐ０は０である。

次に、図３に示すように、光学素材１５および成形金型１４を所定の昇温速度で昇温させ、そして成形温度である温度Ｚ２に達した後に、その温度で一定時間保持して時刻Ｔ１に至る。この時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間が昇温ステージである。

昇温ステージの次に、加圧シャフト１８により上金型１１と下金型１２との間に圧力Ｐ１を加えて光学素材１５の成形を行う成形ステージを行う。この成形ステージにおいて、上下金型間距離はＸ０から縮まり始め、上下金型間距離がＸ１となる位置において上金型１１の成形面１１ａと光学素材１５とが接触する。このＸ１の位置における状態を図１（ｂ）に示す。

この上下金型間距離がＸ１の位置を境に、光学素材１５に圧力Ｐ１が加わって変形を始めるため、上下金型間距離の時間微分、すなわち加圧シャフト１８の移動速度は不連続に変化する。この上下金型間距離の時間微分の変化は、図３において、上下金型間距離の曲線の傾きがＸ１を境にα１からα２に不連続に変化しているところに現れる。この不連続な変化を加圧シャフト１８の移動位置の検出値から算出することにより、上金型１１と光学素材１５とが接触したＸ１の位置を検出することができる。このＸ１の値がすなわち光学素材１５の直径である。

このＸ１の位置から所定の変形量ΔＸに達するまで温度Ｚ２、圧力Ｐ１で光学素材１５
の加圧成形を行う。この成形ステージにおいて、光学素材１５はプレスされて、図２（ａ）に示すように光学素子１９が形作られる。そして光学素子１９の厚みはこの時の上下金型間距離Ｘ２の値によって決定付けられる。すなわち、所定の直径の光学素材１５に対して変形量ΔＸを設定することにより光学素子１９の厚みは決定付けられるのである。

成形ステージの次に、成形金型１４および光学素子１９を所定の冷却速度で冷却する冷却ステージを行う。この冷却ステージにおいて、成形金型１４の温度をＺ２からＺ１まで徐々に冷却するとともに、加圧シャフト１８により加える加圧力をＰ２、Ｐ３へと切り替えて加圧を行う。この冷却ステージで光学素子１９および成形金型１４は、冷却に伴って寸法収縮し、上下金型間距離、すなわち光学素子１９の厚みはＸ３になる。

上記冷却ステージが終了した後は、図２（ｂ）に示すように、上金型１１と下金型１２を開放し、そして光学素子１９を取り出す（図示せず）。

上記したように本発明の一実施の形態における光学素子の成形方法においては、上金型１１と光学素材１５とが接触する位置を検出し、この接触位置から所定の変形量ΔＸに達
するまで加圧成形を行うようにしているため、周囲の温度状態が変化してプレスヘッド１７および下金型１２に加圧力を加える加圧シャフト１８が熱膨張により伸縮しても、その伸縮による加圧シャフトの寸法変化が上下金型間距離に及ぼす影響は小さく、これにより、光学素子１９を高い厚み寸法精度で成形することができるものである。

また、本発明の一実施の形態における光学素子の成形方法においては、下金型１２、すなわち加圧シャフト１８の移動速度の変化により、上金型１１と光学素材１５とが接触する位置を検出するようにしているため、前記上金型１１と光学素材１５とが接触する位置を検出するための追加の検出装置を設ける必要もなく、高い位置精度で上金型１１と光学素材１５とが接触した位置を検出することができるものである。

なお、上記した本発明の一実施の形態における光学素子の成形方法においては、上金型１１を固定し、そして光学素材１５を載置した下金型１２を上方向に駆動させて成形する方法について説明したが、光学素材１５を載置した下金型１２を固定し、そして上金型１１を下方向に駆動させて成形する光学素子の成形方法であっても、上記本発明の一実施の形態と同様の効果が得られるものである。

本発明に係る光学素子の成形方法は、上金型と下金型と胴型とで形成される空間に光学素材を供給した後、この光学素材を加熱加圧成形する光学素子の成形方法において、前記上金型と光学素材とが接触する位置を検出し、この接触位置からの前記上金型または下金型の移動量に基づいて所定の成形プロセスを行うことにより、厚み寸法精度の高い光学素子を成形することができるという効果を有するものであり、特に光学素子の製造に用いることにより有用となるものである。

（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における光学素子の成形方法を示す成形工程図（ａ）（ｂ）同光学素子の成形方法を示す成形工程図同光学素子の成形方法を示す成形条件チャート（ａ）（ｂ）従来の光学素子の成形方法を示す成形工程図（ａ）（ｂ）同光学素子の成形方法を示す成形工程図同光学素子の成形方法を示す成形条件チャート

符号の説明

１１上金型
１２下金型
１３胴型
１４ａ空間
１５光学素材
１９光学素子

Claims

上金型と下金型と胴型とで形成される空間に光学素材を供給した後、この光学素材を加熱加圧成形する光学素子の成形方法において、前記上金型と光学素材とが接触する位置を検出し、この接触位置からの前記上金型または下金型の移動量に基づいて所定の成形プロセスを行うようにした光学素子の成形方法。
上金型または下金型の移動速度の変化により、前記上金型と光学素材とが接触する位置を検出するようにした請求項１記載の光学素子の成形方法。