JP2011105562A - Forming method and forming apparatus of optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子の成形方法及び成形装置に係り、特に、ガラス素材をプレス成形する際、冷却時にガラス素材に圧力をかけられるようにすることで、光学素子の面形状不良の発生を抑制する光学素子の成形方法及び成形装置に関する。 The present invention relates to a molding method and a molding apparatus for an optical element, and in particular, when a glass material is press-molded, pressure on the glass material can be applied during cooling, thereby suppressing the occurrence of a defective surface shape of the optical element. The present invention relates to a molding method and a molding apparatus for an optical element.
現在、ガラスレンズなどの光学素子を製造する方法として、光学素子成形素材であるガラス素材をプレス成形し、成形面を研磨せずにそのまま使用可能としたプレス成形方法がよく用いられている。 At present, as a method for producing an optical element such as a glass lens, a press molding method in which a glass material as an optical element molding material is press-molded and can be used as it is without polishing the molding surface is often used.
このプレス成形方法は、ガラス素材を加熱軟化させてから、成形型により加圧プレスした後、冷却することにより所定形状の光学素子とするものであるが、このような光学素子には高度な形状精度が求められる。特に、厚み寸法が目的の厚みとなるように、プレス時に上型及び下型間の距離が所定の距離となるように厳密に装置が構成されている。 In this press molding method, an optical element having a predetermined shape is obtained by heating and softening a glass material, press-pressing with a molding die, and then cooling to form an optical element having a predetermined shape. Accuracy is required. In particular, the apparatus is strictly configured so that the distance between the upper die and the lower die is a predetermined distance during pressing so that the thickness dimension becomes the target thickness.
例えば、図4に、従来のプレス成形方法の操作を示したが、ここで用いる光学素子の成形装置101は、ガラス素材80をプレス成形可能な上型102、下型103、中空円筒形状の内胴104及び外胴105を有する成形型と、この成形型を加熱してガラス素材80を軟化させる加熱プレート106a及び106bと、軟化したガラス素材を成形型によりプレスして光学素子形状を付与するプレスプレート107a及び107bと、成形型及び光学素子形状を付与されたガラス素材を冷却する冷却プレート108a及び108bと、を有するものである。
For example, FIG. 4 shows the operation of a conventional press molding method. The optical
また、内胴104は、上型102及び下型103の光軸を同軸上に規制する機能を有し、外胴105は、プレス時に、上型102及び下型103間の距離を規制する機能を有するものである。
The
図4に示したように、まず、加熱プレート106a及び106bにより成形型及びガラス素材80を加熱し(図4−加熱ステージ)、次いで、加熱により軟化状態となったガラス素材80をプレスプレート107a及び107bの間隔を狭めることで上型102及び下型103間の距離を狭めてプレスする。このとき、この上型102及び下型103間の最小間隔は、外胴105によって一定距離に規制され、成形される光学素子は所定の圧力下で一定の厚みとされる(図4−プレスステージ(a))。
As shown in FIG. 4, first, the mold and the
ところで、このプレス成形時に、プレスプレート107a及び107bの温度は、例えば、500℃以上の高温に加熱されているが、このような高温のプレスプレートと胴型とが接触することで、外胴105の温度が上昇して膨張し、プレスプレート107a及び107b間の距離を広げてしまう場合があった。その結果、プレスプレート107aと上型102との間に空間が生じてしまい、ガラス素材に必要な圧力がかけられなくなる場合があった(図4−プレスステージ(b))。このように圧力がかけられないまま、ガラス素材を冷却固化させると、得られた光学素子の面形状に不具合が生じる原因となり、製品の歩留まりが低下する場合があった。
By the way, at the time of this press molding, the temperature of the
このような問題を解消するものとして、例えば、プレス位置である目標位置を予め算出しておき、プレスする際には、その成形型のプレス位置を検出しつつ、その検出位置が目標位置となるまでプレス荷重を加えていくようにした成形方法(特許文献1参照)や、上型とガラス素材とが接触する位置を検出し、この接触位置から上型又は下型の移動量に基づいてプレス成形を行うようにした成形方法(特許文献2参照)、成形面の間隔を規制する胴型を、上下方向の熱収縮量がガラス成形体の肉厚の熱収縮量以上となるように選択された材質としたガラス光学素子の製造方法(特許文献3参照)が知られている。 In order to solve such a problem, for example, a target position that is a press position is calculated in advance, and when pressing, the detected position becomes the target position while detecting the press position of the mold. A molding method (see Patent Document 1) in which a press load is applied until the position where the upper die and the glass material are in contact is detected, and the press is performed based on the amount of movement of the upper die or the lower die from this contact position. A molding method (see Patent Document 2) that performs molding, and a body mold that regulates the interval between molding surfaces are selected so that the amount of heat shrinkage in the vertical direction is equal to or greater than the amount of heat shrinkage of the thickness of the glass molded body. There is known a method for manufacturing a glass optical element made of a different material (see Patent Document 3).
しかしながら、特許文献1や2の方法は、胴型による距離規制ではなく、成形型のプレス位置や移動量が所定の数値となるようにセンサ等を用いて行うため、装置構成が複雑で、位置調整も難しくなるという問題があった。また、特許文献3の方法は、胴型により距離規制をするもので、その熱収縮量をガラス成形体に対するものよりも大きくなるように材質を選択するものであるが、加熱及び冷却は成形型の周囲の雰囲気温度を変化させて行うものであった。ところで、この技術を、成形型に直接加熱手段及び冷却手段を接触させて温度調整するような場合に転用しても、接触による温度調整は成形型の部材の接触位置との距離による温度差も大きくなり、そのまま適用できるものではない。
However, since the methods of
そこで、本発明は、上記の問題を解消するために、加熱手段及び冷却手段を接触させることにより成形型の温度を調整する光学素子の成形方法及び成形装置において、成形型の上下位置を胴型で簡便に規制することができ、かつ、ガラス素材をプレス成形した後にも、簡便な構成でガラス素材に圧力をかけることができる光学素子の成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides an optical element molding method and molding apparatus for adjusting the temperature of a molding die by bringing heating means and cooling means into contact with each other. It is an object of the present invention to provide an optical element molding method and a molding apparatus which can be easily regulated and can apply pressure to the glass material with a simple structure even after the glass material is press-molded.
本発明の光学素子の成形装置は、ガラス素材を収容してプレス成形可能な上型、下型、内胴及び外胴を有する成形型と、成形型を加熱して該成形型内のガラス素材を軟化させる加熱手段と、軟化したガラス素材を、成形型により加圧して光学素子形状を付与するプレス手段と、成形型を冷却し、光学素子形状を付与したガラス素材を固化させる冷却手段と、を有する光学素子の成形装置であって、プレス手段によるプレス成形時に、外胴を冷却する外胴冷却手段を有することを特徴とするものである。 The optical element molding apparatus of the present invention includes a molding die having an upper die, a lower die, an inner cylinder and an outer cylinder capable of accommodating a glass material and press-molding, and a glass material in the molding die by heating the molding die. A heating means for softening, a pressing means for pressurizing the softened glass material with a molding die to impart an optical element shape, a cooling means for cooling the molding die and solidifying the glass material imparted with the optical element shape, An optical element molding apparatus having an outer cylinder cooling means for cooling the outer cylinder during press molding by a press means.
また、本発明の光学素子の成形方法は、上型、下型、内胴及び外胴を有する成形型にガラス素材を収容し、成形型を加熱して該成形型内のガラス素材を軟化させる加熱工程と、軟化したガラス素材を、プレス手段を用いて成形型により加圧して光学素子形状を付与するプレス工程と、プレス工程後、成形型を冷却し、光学素子形状を付与したガラス素材を固化させる冷却工程と、を有する光学素子の成形方法であって、プレス工程においてガラス素材の押切が完了した後、ガラス素材への加圧を継続しながら外胴を冷却することを特徴とするものである。 The optical element molding method of the present invention includes a glass material contained in a molding die having an upper die, a lower die, an inner cylinder and an outer cylinder, and the glass die in the molding die is softened by heating the molding die. A heating process, a pressing process in which a softened glass material is pressed with a molding die using a pressing means to give an optical element shape, and after the pressing process, the molding die is cooled to give an optical element shape to the glass material. And a cooling step for solidifying, characterized in that after the press cutting of the glass material is completed in the pressing step, the outer body is cooled while continuing to pressurize the glass material. It is.
本発明の光学素子の成形方法及び成形装置によれば、成形型の上下位置を外胴で簡便に規制することができ、かつ、ガラス素材をプレス成形する際に、押切後、外胴を冷却することで、ガラス素材への加圧状態を継続し、光学素子の面形状の不具合が生じるのを抑制することができる。 According to the molding method and molding apparatus of the optical element of the present invention, the upper and lower positions of the molding die can be easily regulated by the outer cylinder, and the outer cylinder is cooled after the pressing when the glass material is press-molded. By doing so, the pressurization state to a glass raw material can be continued and it can suppress that the malfunction of the surface shape of an optical element arises.
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。ここで、図1は本発明の一実施形態である光学素子の成形装置の概略構成図であり、図2は、図1の光学素子の成形装置に用いた外胴冷却手段の平面図及び側面図である。 The present invention will be described below with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical element molding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a side view of an outer shell cooling means used in the optical element molding apparatus of FIG. FIG.
まず、図1に示した光学素子の成形装置1は、ガラス素材80をプレス成形可能な上型2、下型3、内胴4及び外胴5を有する成形型と、成形型を加熱してガラス素材80を軟化させた後、軟化したガラス素材を成形型により加圧して光学素子形状を付与するプレス手段であるプレスプレート6a及び6bと、を有する光学素子の成形装置であって、プレスプレート6a及び6b間には、このプレスプレートによってガラス素材をプレスする際に、外胴5を冷却するための外胴冷却手段7が設けられている。なお、ここで、プレスプレート6a及び6bは、成形型の加熱及び冷却を行うことができるように温調機能を有するものであり、加熱手段、プレス手段及び冷却手段を兼ねるものである。
First, the optical
本実施形態において、成形型は、上型2、下型3、内胴4及び外胴5とからなり、上型2及び下型3は円柱状の部材であり、中空円筒形状に形成されている内胴4の中空部分に嵌挿可能なようになっている。内胴4は、上型2及び下型3を嵌挿し、プレス時に、これら上型2及び下型3の光軸を同軸上に規制するものである。また、外胴5は、内胴4と同様に中空円筒形状であるが、内胴4を内挿可能とし、プレスプレート6a及び6b間の距離を規制することにより、上型2及び下型3間の距離を規制するものである。ここで、内胴4及び外胴5は、同一の中心軸を有し、非接触の状態で設けられていることが好ましい。
In the present embodiment, the mold is composed of an
この成形型は、超硬合金やセラミックス等の素材からなり、上型2及び下型3には、成形する光学素子の面形状を転写するための成形面をそれぞれ対向する面に有している。この図1では、成形型として凹メニスカス形状の光学素子を製造するものを図示したが、光学素子形状はこれに限定されるものではなく、両凸、両凹、平凸、平凹、凸メニスカス形状のいずれの形状を成形する成形型であっても用いることができる。なお、外胴には、上記セラミックスではなくステンレス(SUS)を用いる。ステンレス製とすると、加工が容易で、熱膨張係数がセラミックスより大きく、コストが安い点で好ましいものである。
This molding die is made of a material such as cemented carbide or ceramics, and the
本実施形態のプレスプレート6a及び6bは、これらプレート間の距離を狭めることにより成形型の上型2と下型3との距離を狭めることができ、成形型内に収容されたガラス素材80を軟化状態のまま押圧して変形させ、上型2及び下型3の光学形成面形状をガラス素材80に付与することにより光学素子の成形を行うものである。
The
なお、このプレス手段であるプレスプレート6aは、成形型の加熱及び冷却を行う温調機能を有するものであり、その内部にはヒータが埋め込まれている。したがって、このプレス手段を成形型と接触させることにより、成形型を通じてガラス素材80を溶融軟化させ、成形型によりプレス成型を行い、その後、成形されたガラス素材を冷却、固化する一連の操作を1つのプレート上でできるようになっている。
The
このプレスプレート6a及び6bは、ガラス素材をプレスする際に、成形型の外胴5の高さによりプレスプレート6a及び6b間の距離を規制することで、上型2及び下型3の距離を調整するものである。これにより成形される光学素子の厚みが調整される。
When pressing the glass material, the
なお、成形型を冷却することにより光学素子形状を付与されたガラス素材を冷却、固化する際には、ガラス素材のガラス転移点以下、より好ましくは歪点以下に冷却するものであり、十分に冷却されるとガラス素材の光学素子形状は安定し、変形が抑制される。 In addition, when the glass material provided with the optical element shape is cooled and solidified by cooling the mold, it is cooled below the glass transition point of the glass material, more preferably below the strain point. When cooled, the shape of the optical element of the glass material is stabilized and deformation is suppressed.
さらに、このプレスプレート6aには、必要に応じて、光学素子形状が付与されたガラス素材を冷却、固化させる際にも段階的に圧力を高くしてガラス素材への加圧が可能なように圧力を制御する圧力制御手段を設けてもよい。
Furthermore, the
そして、本発明の外胴冷却手段7は、成形型の外胴5を冷却するものであり、成形型によるガラス素材のプレス成形の際に、外胴を冷却するものである。この外胴冷却手段7は、外胴5を冷却することができるものであれば、特に限定されるものではないが、効率性の観点から、外胴5の外周から冷媒を接触させるものとし、その接触を均等に行うことができるものであることが好ましい。
And the outer cylinder cooling means 7 of this invention cools the
このような外胴冷却手段7としては、外胴に冷却ガスを噴射して冷却するもの、外胴に冷媒により冷却された冷却手段を直接接触させて冷却するもの、等が挙げられ、操作が簡便で、外胴5と非接触で冷却することができ、装置構成が簡便で、効率が良く、汚染等の問題を生じにくいことから冷却ガスの噴射により外胴5を冷却するものであることが好ましい。
Examples of the outer cylinder cooling means 7 include those that cool by jetting a cooling gas to the outer cylinder, and those that cool the outer cylinder by directly contacting the cooling means cooled by the refrigerant. Since it is simple and can be cooled without contact with the
この外胴冷却手段7が冷却ガスの噴射によるものとしては、例えば、図2に示したように、パイプを円環状に形成した冷却ガス噴出部7aと、冷却ガス噴出部7aに冷却ガスを送出するための冷却ガス送出部7bと、からなり、冷却ガス送出部7bの端部は、冷却ガスボンベ等と接続され、冷却ガスを供給するようになっている。冷却ガス噴出部7aが円環状であるのは、その環の内部に成形型を配置して、冷却を行うためである。
As shown in FIG. 2, for example, as shown in FIG. 2, the outer body cooling means 7 is a cooling
そして、この冷却ガス噴出部7aには、そのパイプの環の中心側の側面に、環の中心に向かって冷却ガスを噴出する冷却ガス噴出口7cが複数設けられており、この冷却ガス噴出口7cから、冷却ガスを噴出することにより、冷却ガスが外胴5に接触して外胴5を冷却するようになっている。このとき、冷却ガス噴出口7cは、複数個設けられているが、その冷却ガス噴出口7cと外胴5との距離がそれぞれ等しくなるように、かつ、隣接する冷却ガス噴出口7c同士をそれぞれ等間隔に設けて外胴5の冷却をある水平面に対して均一に行うようにすることが好ましい。この均一な冷却は、例えば、外胴冷却手段7を重ねて設け、鉛直方向に対しても均一に冷却することができるようにすることが好ましいものである。
The cooling
なお、通常、このプレスプレート6aの前には、ガラス素材80を予備加熱しておく予備加熱用のプレートが、プレスプレート6bの後には、ガラス転移点以下又は歪点以下に冷却されたガラス素材に対し、さらに冷却を継続し、200℃以下にまで冷却して光学素子とする冷却プレートを設ける。この冷却プレートとしては、例えば、プレート内部に冷却水を循環させるようにして水冷した水冷プレートが挙げられる。さらに、冷却して得られた光学素子は、アニール工程等に付されて歪み等を除去する等の後処理を施して最終的な製品とされる。
In general, a preheating plate for preheating the
また、上記したプレスプレート6a及び6bは、加熱、プレス成型、冷却の各操作を行うようになっているものとして説明したが、図4の従来例で示したようにこれらの操作を別々のプレート上で行うようにして、加熱プレート及び冷却プレートをプレスプレートとは別に設けてもよい。このとき、プレスプレートは、ガラス素材の温度を維持しながら成形型によるプレス成型の操作を行うことができればよい。また、このときには、成形型を順次各プレートへと移動させながら処理が行われるが、このプレートからプレートへと成形型を移動させるための移動手段が設けられる。この移動手段は、例えば、ロボットアーム等により、加熱プレートからプレスプレートへ、プレスプレートから冷却プレートへと移動させるようになっている。
In addition, the above-described
次に、この光学素子の成形装置1を用いた光学素子の成形方法について説明する。
まず、成形型の内部にガラス素材80を収容し、成形型を加熱して、ガラス素材を予め所定の温度まで熱して予備加熱を行っておく。次いで、成形型をプレスプレート6上に移動させた後、プレスプレート6a及び6bを上型2及び下型3に接触させ、さらに加熱させると、その内部に収容されているガラス素材80も加熱され、これによりガラス素材が軟化する。
Next, an optical element molding method using the optical
First, the
ガラス素材は、変形が容易な屈伏点以上に加熱するが、一般的には、軟化点まで温度を上げるとレンズ表面が白濁するので屈伏点(At)から軟化点の間の温度に設定する。 The glass material is heated to a temperature higher than the deformation point where deformation is easy, but generally, the lens surface becomes clouded when the temperature is raised to the softening point, so the temperature is set between the yield point (At) and the softening point.
この加熱温度は、用いるガラス素材が加圧変形できる温度であればよく、屈伏点と軟化点との中間付近の温度であることが好ましい。プレスプレート6a及び6bを所定の温度に設定して、この加熱工程を行うと、上型2及び下型3は、温度が昇温していきプレスプレートの設定温度と同じ温度にまで加熱される。
The heating temperature may be a temperature at which the glass material to be used can be deformed under pressure, and is preferably a temperature in the middle between the yield point and the softening point. When the
上型2及び下型3が加熱され、ガラス素材がプレス成型するのに十分な温度となったところで、プレスプレート6aは、これを下降させプレスプレート6a及び6b間の距離を狭めることにより、上型2と下型3との距離を狭めて、成形型の内部に収容されたガラス素材80に圧力をかけて変形させてプレス成型を行う。このとき、上型2及び下型3の間の距離は、外胴5の高さにより所定の距離に規制される。
When the
このプレス工程では、上記したように成形型の上下から圧力をかけることでガラス素材80のプレス成形を行い、これによりガラス素材には上型2及び下型3の光学形成面が転写され、光学素子形状が付与される。
In this pressing step, as described above, the
このプレス工程におけるプレス時の圧力は、0.1〜30N/mm2とすることが好ましく、例えば、0.5〜10N/mm2であることが特に好ましい。 The pressure during pressing in the pressing step is preferably set to 0.1~30N / mm 2, for example, and particularly preferably 0.5~10N / mm 2.
ただし、本発明では、プレス成形を行う際に、外胴5の周囲に外胴冷却手段9を配置し、プレスプレート6a及び6bにより、ガラス素材80が押し切られた直後に、該外胴冷却手段9により、外胴5を冷却するものである。
However, in the present invention, when performing press molding, the outer cylinder cooling means 9 is disposed around the
ここで外胴冷却手段7を設けるのは、従来の問題点で挙げたように、外胴5がプレスプレートに接触することで加熱されて膨張し、当初プレスした位置よりも、膨張により上に押し上げられ、上型2とプレスプレート6aとの間に空間が生じて、ガラス素材に圧力がかけられなくなることを回避して、光学素子の面形状における不具合の発生を生じにくくするためである。
Here, the outer cylinder cooling means 7 is provided, as mentioned in the conventional problem, is heated by the
本発明のようにプレス工程において、押切直後に外胴5を冷却することで、その後のプレス工程及び冷却工程において上型2によりガラス素材に圧力をかけることができるようになる。すなわち、ガラス素材には常に上型2から圧力がかけられるようになっているため、光学素子の面形状の不具合を抑制するのに効果的である。
In the pressing process as in the present invention, the
このとき外胴5の冷却は、プレス工程における押切完了後、できるだけ早く開始することが好ましく、例えば、1秒以内に開始することがより好ましい。その冷却速度は、ガラス素材80、上型2及び下型3の高さ方向の収縮による変化量よりも外胴5の高さ方向の収縮による変化量が大きくなるようにすればよく、プレスプレート(6a,6b)の冷却速度以上であることが好ましく、プレート冷却速度よりも遅いと面ワレが生じてしまう可能性がある。
At this time, the cooling of the
この外胴冷却において、外胴の鉛直方向の膨張を十分に抑える温度にまで冷却する。例えば、ステンレス製の外胴を、上型、下型温度より5〜200℃低く、好ましくは10〜100℃低くなるように冷却することで膨張を十分に抑えて、その後のプレス工程及び冷却工程においても、ガラス素材に圧力をかけることができるようになる。 In this outer cylinder cooling, the outer cylinder is cooled to a temperature that sufficiently suppresses the vertical expansion of the outer cylinder. For example, the stainless steel outer cylinder is cooled so as to be lower by 5 to 200 ° C., preferably 10 to 100 ° C. lower than the upper die and lower die temperatures, so that the expansion is sufficiently suppressed, and the subsequent pressing step and cooling step In this case, pressure can be applied to the glass material.
このとき、窒素ガスにより冷却を行う場合には、窒素ガスとして、工業用の窒素ガスを用い、この窒素ガスを外胴に吹き付けることにより外胴の温度を下げることができる。この窒素ガスを用いて冷却する場合に、例えば、円筒形状の外胴5の外周がφ30mm程度のものに対しては、窒素流量を2〜30L/分とすることが好ましく、5〜20L/分とすることがより好ましい。
At this time, when cooling with nitrogen gas, industrial nitrogen gas is used as the nitrogen gas, and the temperature of the outer cylinder can be lowered by blowing this nitrogen gas onto the outer cylinder. In the case of cooling using this nitrogen gas, for example, when the outer circumference of the cylindrical
この外胴冷却では、これと同時にプレスプレート6a及び6bの温度も下げて、外胴5を含む成形型もあわせて温度を下げるようにする。また、この外胴冷却では歪点以下になるまで冷却することが好ましい。
In this outer cylinder cooling, the temperature of the
外胴冷却は、プレス工程における成形型の押切直後に行われるものであるが、ガラス素材への加圧はそのまま継続して行うものであり、上記歪点以下の温度になるまで加圧を続けることが好ましい。さらに、この冷却中に、ガラス素材の温度がガラス転移点以下になったところで、ガラス素材に加圧する圧力を変化させることが好ましい。例えば、ガラス素材80の温度が、ガラス転移点以上のときにはプレス時の圧力をそのままかけ、ガラス転移点よりも低い温度になってからは圧力を高くして、段階的に加圧することが好ましい。
The outer cylinder cooling is performed immediately after the pressing of the mold in the pressing process, but the pressurization to the glass material is continuously performed as it is, and the pressurization is continued until the temperature becomes equal to or lower than the strain point. It is preferable. Furthermore, it is preferable to change the pressure applied to the glass material when the temperature of the glass material becomes equal to or lower than the glass transition point during the cooling. For example, when the temperature of the
ガラス転移点以上の温度での加圧を低圧にする理由は、肉厚バラツキを抑える(押込み量を少なくする)為であり、それ以下の温度域では押込み量がほとんど無いので増圧する。すなわち、ガラス素材が硬化状態に近づくガラス転移点(Tg)付近までは低い圧力で保圧し、ガラス転移点(Tg)付近からそれ以下の温度となりガラス素材が固化するまで、より高い圧力をかけるものである。 The reason why the pressure at the temperature above the glass transition point is set to a low pressure is to suppress the thickness variation (reduce the indentation amount), and in the temperature range below that, there is almost no indentation amount, so the pressure is increased. That is, the pressure is maintained at a low pressure until the glass material is close to the cured state (Tg), and a higher pressure is applied until the glass material is solidified from near the glass transition point (Tg). It is.
ここで、低い圧力とは5N/mm2以下、高い圧力とは5N/mm2超である。高い圧力をかける際には、ガラス素材にワレが生じる等の不具合が生じない限りはどのような圧力でもよいが、通常、30N/mm2程度が上限である。このとき、上記では2段階に圧力を増加させていく例を示したが、それ以上の多段階として増圧又は減圧するようにしてもよい。 Here, the low pressure is 5 N / mm 2 or less, and the high pressure is more than 5 N / mm 2 . When a high pressure is applied, any pressure may be used as long as there is no problem such as cracking of the glass material. Usually, the upper limit is about 30 N / mm 2 . At this time, although the example in which the pressure is increased in two stages has been described above, the pressure may be increased or decreased as more stages.
このように、1つのプレート上で、加熱、プレス成形及び冷却をすることで、少ないプレート数で光学素子の製造をすることができ、装置構成を簡素にすることができる。また、このように冷却固化するまでを1つのプレートで行うことで、プレス後、プレート間の移動における圧力がかからない状態を回避でき、成形された光学素子の面形状が安定しない、という問題を解決できる。 Thus, by heating, press molding and cooling on one plate, an optical element can be manufactured with a small number of plates, and the apparatus configuration can be simplified. In addition, by performing the cooling and solidification with a single plate in this way, it is possible to avoid a state in which no pressure is applied during movement between the plates after pressing, and the problem that the surface shape of the molded optical element is not stable is solved. it can.
そして、このようにプレス工程が完了した成形型は、さらに冷却させるために、例えば、水冷プレート上へ移動させる。この水冷プレートによる冷却は、プレス工程で冷却されたガラス素材をさらに急冷させ、ガラス素材を歪点付近の温度から成形型が酸化しない温度の200℃以下まで冷却させるものである。 And the shaping | molding die which completed the press process in this way is moved, for example on a water cooling plate, in order to make it cool further. The cooling by the water-cooled plate further cools the glass material cooled in the pressing process, and cools the glass material from a temperature in the vicinity of the strain point to 200 ° C. or less at which the mold does not oxidize.
本発明によれば、プレス工程において外胴の冷却を行うことにより、外胴の鉛直方向の膨張を抑え、光学素子の厚みを成形型本来のものへと近づけることができ、形状精度の高い光学素子を得ることができる。 According to the present invention, by cooling the outer cylinder in the pressing process, the expansion of the outer cylinder in the vertical direction can be suppressed, the thickness of the optical element can be brought close to the original shape of the mold, and the optical shape is high. An element can be obtained.
また、外胴の鉛直方向の膨張を抑えることにより、押切直後から冷却工程にかけて、ガラス素材への加圧状態を維持することを可能とし、冷却工程においてもガラス素材に圧力を継続してかけることによって、光学素子の面形状の不具合発生を抑制することができるものである。 In addition, by suppressing the vertical expansion of the outer shell, it is possible to maintain the pressurized state of the glass material immediately after the press-off and through the cooling process, and continue to apply pressure to the glass material during the cooling process. Thus, the occurrence of defects in the surface shape of the optical element can be suppressed.
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1)
図1の光学素子の成形装置を用いて、光学素子の成形を以下の通り行った。なお、このプレス成型における、成形条件として上型及び下型温度と時間の関係を図3(a)に、ガラス素材にかける圧力と時間の関係を図3(b)に示した。図3(b)の圧力とはプレス装置のプレス用エアーシリンダーに送るエアーの圧力を指すものである。本プレス装置にて直径16mmのレンズ素子を成形する場合はエアーの圧力0.1MPaで素子が受ける圧力は5N/mm2となる。
Example 1
The optical element was molded as follows using the optical element molding apparatus of FIG. As a molding condition in this press molding, the relationship between the upper mold and lower mold temperatures and time is shown in FIG. 3A, and the relationship between the pressure applied to the glass material and time is shown in FIG. 3B. The pressure in FIG. 3B refers to the pressure of the air sent to the press air cylinder of the press device. When a lens element having a diameter of 16 mm is molded by this press apparatus, the pressure applied to the element at an air pressure of 0.1 MPa is 5 N / mm 2 .
ここで用いた成形型は、タングステンカーバイドからなる超硬合金製のものであり、プレス成形により、直径16mm、中心厚さ1mm、周辺厚さ5mmの凹メニスカス形状の光学素子が得られるものである。なお、外胴はSUS316L製で、その円筒状の内径がφ24.6mm、外径がφ30mm、高さが29.8mmのものを用いた。 The molding die used here is made of a cemented carbide made of tungsten carbide, and a concave meniscus optical element having a diameter of 16 mm, a center thickness of 1 mm, and a peripheral thickness of 5 mm can be obtained by press molding. . The outer cylinder made of SUS316L was used with a cylindrical inner diameter of φ24.6 mm, an outer diameter of φ30 mm, and a height of 29.8 mm.
また、外胴冷却手段は、内径4mm、外径6mmのパイプを図2のように、円環状にして冷却ガス噴出部とし、この冷却ガス噴出部の一部には、そこに冷却ガスを送出できる冷却ガス送出部が接続されている。また、冷却ガス噴出部には、その環の中心側の側面に、環の中心に向かって冷却ガスを噴出する直径φ1mmの冷却ガス噴出口が等間隔に8つ設けられている。 Further, as shown in FIG. 2, the outer body cooling means has a pipe with an inner diameter of 4 mm and an outer diameter of 6 mm in an annular shape to form a cooling gas jetting portion, and a cooling gas is delivered to a part of the cooling gas jetting portion. A cooling gas delivery unit capable of being connected is connected. Further, the cooling gas jetting portion is provided with eight cooling gas jetting ports having a diameter of φ1 mm at equal intervals on the side surface on the center side of the ring to jet the cooling gas toward the center of the ring.
この成形型の内部に直径φ14mm、中心厚み5.4mmの断面楕円状のランタン系のガラス素材を収容し、成形型を700℃近辺に加熱する。なお、このガラス素材の歪点は580℃、ガラス転移点(Tg)は616℃、屈伏点(At)は662℃である。 A lanthanum glass material having an elliptical cross section with a diameter of 14 mm and a center thickness of 5.4 mm is accommodated in the mold, and the mold is heated to around 700 ° C. This glass material has a strain point of 580 ° C., a glass transition point (Tg) of 616 ° C., and a yield point (At) of 662 ° C.
まず、ガラス素材を収容した成形型を、500℃程度に予備加熱した後、搬送手段によりプレスプレート6b上に搬送して載置すると同時に、プレスプレート6aを、下降させて上型に接触させ、上型、下型及びガラス素材を150秒間十分に加熱し、昇温させてガラス素材を軟化状態とした。
First, the mold containing the glass material is preheated to about 500 ° C., and then conveyed and placed on the
次に、成形型及びガラス素材が十分に加熱されプレスプレート6a及び6bと同程度の温度(700℃程度)となったところで、プレスプレート6aをさらに下降させて加圧し、上型2及び下型3によりガラス素材のプレス成形を行った。成形時の圧力を0.1MPa(5N/mm2)とし、160秒程度押圧して押切った。
Next, when the molding die and the glass material are sufficiently heated to reach the same temperature as the
このプレス成型においては、押切完了1秒後に、外胴冷却手段による冷却を開始し、窒素ガスを10L/分で供給して外胴の冷却を行った。この外胴冷却時においても、ガラス素材へはさらに継続してプレス時と同一の圧力をかけ続けた。また、外胴冷却を開始すると同時に、プレスプレート6a及び6bの温度を2/5(℃/秒)の速度で降温させていき、成形型全体を冷却した。このとき、図3に示すように、上型及び下型の温度も、プレスプレート6a及び6bの温度に追随するように下がっている。
In this press molding, cooling by the outer cylinder cooling means was started 1 second after completion of the press-off, and the outer cylinder was cooled by supplying nitrogen gas at 10 L / min. Even during the outer shell cooling, the same pressure as that during pressing was continuously applied to the glass material. At the same time as the outer cylinder cooling was started, the temperature of the
そして、上プレート6aの温度が、640℃以下になったところで、ガラス素材への圧力を0.15MPa(7.5N/mm2)へと高め、そのまま冷却は継続して、ガラス素材の歪点以下になるまで冷却した。
When the temperature of the
ガラス素材が歪点以下の温度となったところで、プレスプレート6aを上昇させて、成形型を水冷プレート上に搬送させて載置し、ガラス素材を室温になるまで冷却した。ガラス素材が十分に冷却したところで、成形型から取り出し、光学素子を得た。
この光学素子の成形で得られた光学素子を異なる成形型からランダムに取出し、順番に成形型A〜Dと区別し、肉厚を測定したところ、表1の結果が得られた。
When the glass material became a temperature below the strain point, the
When the optical element obtained by molding this optical element was randomly taken out from different molds, sequentially distinguished from the molds A to D, and the wall thickness was measured, the results shown in Table 1 were obtained.
(実施例2)
外胴冷却手段による冷却を、窒素ガスを6L/分で供給して行った以外は実施例1と同様の操作により、光学素子を得た。実施例1で測定されたものと同じ成形型から得られた光学素子について肉厚を測定したところ、表1の結果が得られた。
(Example 2)
An optical element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cooling by the outer cylinder cooling means was performed by supplying nitrogen gas at 6 L / min. When the thickness of the optical element obtained from the same mold as that measured in Example 1 was measured, the results shown in Table 1 were obtained.
(比較例1)
プレス工程において、外胴冷却手段から窒素ガスを噴出せず、外胴冷却を行わなかった以外は実施例1と同様の操作により、光学素子の成形を行った。実施例1で測定されたものと同じ成形型から得られた光学素子について肉厚を測定したところ、表1の結果が得られた。
(Comparative Example 1)
In the pressing step, the optical element was molded by the same operation as in Example 1 except that nitrogen gas was not ejected from the outer cylinder cooling means and the outer cylinder was not cooled. When the thickness of the optical element obtained from the same mold as that measured in Example 1 was measured, the results shown in Table 1 were obtained.
(試験例)
実施例1及び比較例1において、得られた光学素子について、面ワレの有無について調べたところ、表2の結果が得られた。面ワレのないものをOKとし、一部でも面ワレがあるものをNGとした。面ワレの検査は、水銀灯などの光源に投影された影を目視で確認する方法と顕微鏡で確認する方法がある。今回は水銀灯で投影して目視確認した。なお、本明細書において、面ワレとは、光学素子が成形型から離型する際に、一部だけが先に離型し、その後に残りが離型した場合に、曲率が不連続な光学面が形成されて非球面形状精度が悪化する不良が生じる離型異常のことを言う。
(Test example)
When the optical elements obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were examined for the presence of cracks, the results shown in Table 2 were obtained. Those with no cracks were set as OK, and those with some cracks were set as NG. There are two methods for inspection of surface cracks: a method of visually confirming a shadow projected on a light source such as a mercury lamp and a method of confirming with a microscope. This time, it was visually confirmed by projecting with a mercury lamp. In this specification, surface cracking refers to an optical element having a discontinuous curvature when only part of the optical element is released first and then the rest is released after the optical element is released from the mold. This refers to a mold release abnormality in which a surface is formed and a defect in which the accuracy of the aspheric shape deteriorates occurs.
以上に示したように、本発明の光学素子の成形方法により、プレス成形操作の押切直後から外胴冷却を行うことで、本来予定していた成形型の形状を精度よく転写することができ、形状精度の高い光学素子を得ることができることがわかった。また、この成形方法は、外胴の強制冷却により、光学素子に圧力をかけながら冷却操作を行うことができるため、光学素子の面ワレ等の面形状の不具合が生じることを効果的に抑制できる。 As shown above, by the method of molding an optical element of the present invention, by performing outer cylinder cooling immediately after the pressing of the press molding operation, it is possible to accurately transfer the originally planned shape of the mold, It was found that an optical element with high shape accuracy can be obtained. In addition, since this molding method can perform a cooling operation while applying pressure to the optical element by forced cooling of the outer body, it is possible to effectively suppress the occurrence of surface shape defects such as cracks in the optical element. .
本発明の光学素子の成形方法及び成形装置は、プレス成形により光学素子を製造する際に用いることができる。 The method and apparatus for molding an optical element of the present invention can be used when manufacturing an optical element by press molding.
1…光学素子の成形装置、2…上型、3…下型、4…内胴、5…外胴、6a,6b…プレスプレート、7…外胴冷却手段、80…ガラス素材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記プレス手段によるプレス成形時に、前記外胴を冷却する外胴冷却手段を有することを特徴とする光学素子の成形装置。 A mold having an upper mold, a lower mold, an inner cylinder and an outer cylinder capable of containing a glass material and capable of being press-molded, heating means for heating the mold and softening the glass material in the mold, and softened An apparatus for molding an optical element, comprising: a pressing unit that pressurizes a glass material with the mold and imparts an optical element shape; and a cooling unit that cools the mold and solidifies the glass material imparted with the optical element shape. And
An apparatus for molding an optical element, comprising outer cylinder cooling means for cooling the outer cylinder during press molding by the pressing means.
前記プレス工程において前記ガラス素材の押切が完了した後、前記外胴を冷却する外胴冷却工程を行うことを特徴とする光学素子の成形方法。 A glass material is housed in a mold having an upper mold, a lower mold, an inner cylinder, and an outer cylinder, and a heating process for heating the mold to soften the glass material in the mold, and pressing the softened glass material, An optical process comprising: a pressing step for applying an optical element shape by pressurizing with the molding die using means; and a cooling step for cooling the molding die and solidifying the glass material provided with the optical element shape after the pressing step. A method of forming an element,
An optical element molding method comprising performing an outer cylinder cooling step of cooling the outer cylinder after the pressing of the glass material is completed in the pressing step.
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WO2013100152A1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-07-04 | Hoya株式会社 | Method for manufacturing glass blank for magnetic disk and method for manufacturing glass substrate for magnetic disk |
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