JP2012126607A - 光学素子の成形型 - Google Patents
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Abstract
【課題】外観品質の優れた光学素子を成形することが可能な光学素子の成形型を提供する。
【解決手段】スリーブ4の両端から挿入される下型2の成形面2aと上型3の成形面3aとの間でプリフォーム1を挟圧して成形する光学素子の成形型K1において、スリーブ4に形成されたガス通気穴4aに、通気性を有する多孔質体5を装着し、異物がスリーブ4の内部に侵入することを確実に防止し、異物がプリフォーム1等に付着することに起因する成形品の外観品質の低下を防止する。
【選択図】図2A
【解決手段】スリーブ4の両端から挿入される下型2の成形面2aと上型3の成形面3aとの間でプリフォーム1を挟圧して成形する光学素子の成形型K1において、スリーブ4に形成されたガス通気穴4aに、通気性を有する多孔質体5を装着し、異物がスリーブ4の内部に侵入することを確実に防止し、異物がプリフォーム1等に付着することに起因する成形品の外観品質の低下を防止する。
【選択図】図2A
Description
本発明は、光学素子の成形型に関し、例えば、ガラス等の光学素子を加圧成形するための成形型に関するものである。
近年、ガラス等の光学素材を加熱軟化させ、プレス成形型である一対の上型および下型とスリーブを用いてプレスし、冷却を経て上型および下型が有する成形面の形状を光学素材に転写させて光学素子を製造する方法が一般的である。
その場合、上記プレス成形型のスリーブの側面には、例えば特許文献1のように成形型組内に不活性ガスを流入させる穴や、成形型組内の空気を逃がすためのガス通気穴をあけることが提案されている。
また、特許文献2では成形型、スリーブの全体を多孔質材料で形成し、成形型組内のガスを逃がす技術が提案されている。
また、特許文献2では成形型、スリーブの全体を多孔質材料で形成し、成形型組内のガスを逃がす技術が提案されている。
しかし、上記特許文献1のような型構成では、不活性ガス流入のための穴や、ガス通気穴から異物が入り、ガラス等と異物を同時に加熱プレスすることで成形面に凹凸部ができてしまい成形品の外観品質が落ちてしまう、という技術的課題がある。
また、成形型の全体を多孔質材料で形成すると、スリーブ等の強度が弱くなってしまい、図1のように上型および下型とスリーブを摺動させることで多孔質材料の微粒子が脱落して異物となる懸念がある。
また、多孔質材料は、一般に脆弱であり、強度が弱いとプレス成形時の上下方向からの圧力により、型やスリーブが座屈して変形してしまうといった課題がある。
本発明の目的は、外観品質の優れた光学素子を成形することが可能な光学素子の成形型を提供することにある。
本発明の目的は、外観品質の優れた光学素子を成形することが可能な光学素子の成形型を提供することにある。
筒体と、
前記筒体の一端から挿入される第1型と、
前記筒体の他端から前記第1型との間に成形素材を挟んで対向して挿入される第2型と、
前記筒体の壁面に貫通して形成された貫通孔と、
前記貫通孔に装着される多孔質体と、
を具備した光学素子の成形型を提供する。
前記筒体の一端から挿入される第1型と、
前記筒体の他端から前記第1型との間に成形素材を挟んで対向して挿入される第2型と、
前記筒体の壁面に貫通して形成された貫通孔と、
前記貫通孔に装着される多孔質体と、
を具備した光学素子の成形型を提供する。
本発明によれば、外観品質の優れた光学素子を成形することが可能な光学素子の成形型を提供することができる。
本実施の形態では、一態様として光学素子の成形型のスリーブの壁面に貫通して形成されたガス通気穴に多孔質体が挿入された構造を開示する。この多孔質体としては、例えば、気孔径が3nmのセラミックを用いることができる。さらに、多孔質体は、スリーブを構成する超硬等の素材と線膨張係数が同等であることが望ましい。
本態様の光学素子の成形型によればスリーブのガス通気穴に多孔質体を挿入することで、ガス通気穴を経由した型の外からの異物の侵入を防止できるので、異物によって成形される光学部品の外観が損なわれることがなく、外観品質の優れた光学素子を成形することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態1]
図2Aは、本発明の一実施の形態である光学素子の成形型の構成例を示す縦断面図である。図2Bは、その成形動作の状態の一例を示す縦断面図である。
[実施の形態1]
図2Aは、本発明の一実施の形態である光学素子の成形型の構成例を示す縦断面図である。図2Bは、その成形動作の状態の一例を示す縦断面図である。
本実施の形態の光学素子の成形型K1は、筒形状のスリーブ4(筒体)と、このスリーブ4の両端にそれぞれ挿入され、プリフォーム1(成形素材)を挟んで対向する下型2(第1型)および上型3(第2型)を備えている。
下型2および上型3には、それぞれ、プリフォーム1に接する成形面2a、成形面3aが形成されている。
下型2および上型3には、それぞれ、プリフォーム1に接する成形面2a、成形面3aが形成されている。
スリーブ4は、両端にそれぞれ挿入される下型2および上型3の軸を一致させ、プリフォーム1から成形される成形品の軸と合わせる機能を有している。
スリーブ4には、下型2および上型3をスリーブ4に組んだときにプリフォーム1が配置され、成形面2aと成形面3aおよびスリーブ4の内壁面とで構成される空間である成形室と連通するようにガス抜きのためのガス通気穴4a(貫通孔)が、スリーブ4の壁面を貫通して形成されている。
そして、本実施の形態の場合には、そのガス通気穴4aに円柱形の多孔質体5(多孔質体)を装着する。
図3は、多孔質体5の構造の一例を拡大して例示した概念図である。
本実施の形態の場合、多孔質体5は、一例として、SiC等のセラミックスの微粒子の焼結体を母材8とする多孔質材料7で構成されている。
図3は、多孔質体5の構造の一例を拡大して例示した概念図である。
本実施の形態の場合、多孔質体5は、一例として、SiC等のセラミックスの微粒子の焼結体を母材8とする多孔質材料7で構成されている。
すなわち、母材8を構成する焼結されたセラミックスの微粒子の間には、微細な無数の気孔9が形成され、この気孔9の径は、セラミックスの微粒子の粒径を調整することで調整可能である。
また、多孔質材料7の複数の気孔9は互いに連通していることができる。多孔質材料7からなる多孔質体5は通気性を有する。
また、多孔質材料7の複数の気孔9は互いに連通していることができる。多孔質材料7からなる多孔質体5は通気性を有する。
母材8を構成するセラミックスの微粒子の粒径を小さくするほど、気孔9の径を小さくできる。本実施の形態の場合には、気孔9の径が、例えば、3nmとなるように、母材8を構成するSiC等のセラミックスの微粒子の粒径を設定している。
プリフォーム1は、例えば、球状に形成されたガラスからなり、下型2の成形面2aの上に配置されている。
プリフォーム1は、例えば、球状に形成されたガラスからなり、下型2の成形面2aの上に配置されている。
以下、本実施の形態の光学素子の成形型K1の作用を説明する。
図4Aおよび図4Bは、本実施の形態の光学素子の成形型の作用を工程順に説明する縦断面図である。
図4Aおよび図4Bは、本実施の形態の光学素子の成形型の作用を工程順に説明する縦断面図である。
下型2、上型3、スリーブ4の型組は大気中で行われ、下型2の成形面2aの上にプリフォーム1を乗せ、下型2および上型3の位置合わせのためのスリーブ4を組んだ後に、上型3をプリフォーム1の上に乗せる。
このとき、下型2、上型3、スリーブ4等の光学素子の成形型K1やプリフォーム1には異物の付着がない正常なものを使用する。この状態が図4Aである。
このように光学素子の成形型K1を組み立てた後に加熱プレス工程を非酸化性雰囲気で行うために、図4Aのように一度、真空ポンプ等で、成形面2a、成形面3aとプリフォーム1で囲まれた成形空間の空気21を排気して、大気圧の状態から真空にし、その後に、図4Bのように、非酸化性ガス22を導入する。
この大気圧の状態から、空気21の真空排気、非酸化性ガス22の導入、の一連の流れでは空気21や非酸化性ガス22の気流が発生する。
例えば、図5Aのようにガス通気穴4aが開いている状態では、非酸化性ガス22の導入時にガス通気穴4aから気流に乗って異物11がスリーブ4の内部に侵入してしまうことがある。
例えば、図5Aのようにガス通気穴4aが開いている状態では、非酸化性ガス22の導入時にガス通気穴4aから気流に乗って異物11がスリーブ4の内部に侵入してしまうことがある。
しかし、本実施の形態の光学素子の成形型K1の場合、図5Bのようにガス通気穴4aに多孔質体5が装着されている構造であるため、非酸化性ガス22は多孔質体5の微細な気孔9から通りぬけてスリーブ4の内部に流入するが、気孔9の径は、例えば3nmであるため、3nmより大きい異物11はスリーブ4の内部に侵入することはできない。
ここで、多孔質体5の微細な気孔9の径は大きいほうが通気抵抗が小さくなり、短時間でスリーブ4内の空気21と非酸化性ガス22を置換できるので、成形品の品種等に応じた異物11の許容されるサイズ規格等に応じて微細な気孔9孔の径が、例えば20μmまでの多孔質材料7を、多孔質体5の製作に利用してよい。
その後、プリフォーム1は軟化状態となる適切な温度状態のもとで、上型3にプレス圧力が加えられることによって、図2Bのように成形面2aおよび成形面3aの形状に倣って変形され、成形空間内の非酸化性ガス22等のガスはプリフォーム1の成形が進行するに連れて図3のような多孔質体5の微細な気孔9から外部に排出され、光学素子10が成形される。
このように、本実施の形態では、スリーブ4のガス通気穴4aに、微細な気孔9による通気性を有する多孔質体5が装着されているので、ガス通気穴4aから、気孔9の径よりも大きな異物11がスリーブ4内に侵入することを確実に防止できる。
この結果、スリーブ4の内部の成形空間に侵入した異物11とプリフォーム1を同時に加熱プレスすることで発生する成形品の外観品質の低下を防止できる。
また、図1のようなスリーブの全体を多孔質材料7で構成することに起因する下型2および上型3との摺動による異物11の発生を防止できるとともに、型部材全てを脆弱なセラミックス等の多孔質材料にすることによる座屈破損等の懸念を解消できる。
すなわち、スリーブ4等の型部材の全体を脆弱な多孔質材料で構成することに起因する種々の欠点を解消しつつ、下型2および上型3の成形面2aおよび成形面3aから転写された成形面に凹凸等の欠陥のない外観品質の優れた光学素子を成形することが可能となる。
[実施の形態2]
図6は、本発明の他の実施の形態の光学素子の成形型におけるガス通気穴の部分の一例を示す拡大部分断面図である。
図6は、スリーブ4のガス通気穴4aにおける多孔質体5の装着状態の一例を示している。
図6は、本発明の他の実施の形態の光学素子の成形型におけるガス通気穴の部分の一例を示す拡大部分断面図である。
図6は、スリーブ4のガス通気穴4aにおける多孔質体5の装着状態の一例を示している。
本実施の形態の光学素子の成形型K2においては、実施の形態1の多孔質体5の全長を変更する点のみが実施の形態1と異なる。その他は、実施の形態1と同様である。
すなわち、本実施の形態2の光学素子の成形型K2では、スリーブ4のガス通気穴4aに多孔質体5を装着する構成にすることで、異物11の侵入を防止する上述の実施の形態1の構成において、さらに、図6に例示されるようにスリーブ4のガス通気穴4aの長さLよりも短い全長L0の多孔質体5を使用する。
そして、多孔質体5のスリーブ4の内周面側の端面Aは、当該内周面からガス通気穴4aの内部に引き込まれた位置になるように、ガス通気穴4aにおける多孔質体5の装着位置が決められる。
そして、多孔質体5のスリーブ4の内周面側の端面Aは、当該内周面からガス通気穴4aの内部に引き込まれた位置になるように、ガス通気穴4aにおける多孔質体5の装着位置が決められる。
これにより、スリーブ4に挿入される下型2および上型3と、スリーブ4のガス通気穴4aに装着された多孔質体5との接触を防止できるので多孔質体5と下型2および上型3の外周面等の摺動による磨耗はなくなり、多孔質体5を構成する多孔質材料7からの異物11の発生を防止できる。
なお、スリーブ4のガス通気穴4aの長さLよりも短い全長L0の多孔質体5を、スリーブ4の内周面に突出させないように確実に固定する構造の一例を以下に示す。
図7A、図7B、図7Cは、本実施の形態におけるスリーブ4のガス通気穴4aに対する多孔質体5の固定技術を工程順に例示した部分拡大断面図である。
図7A、図7B、図7Cは、本実施の形態におけるスリーブ4のガス通気穴4aに対する多孔質体5の固定技術を工程順に例示した部分拡大断面図である。
すなわち、図7A、図7B、図7Cはスリーブ4のガス通気穴4aの拡大図である。また、図8Aは、固定部材の構成例を示す側断面図であり、図8Bは、固定部材の正面図である。
この場合、スリーブ4のガス通気穴4aに図7Aのようにスリーブ4の内周面側に縮径部であるストッパー部12を、ガス通気穴4aの大径部と同軸に設けるとともに、スリーブ4の外周面側には、ねじ加工部13を設ける。
また、図8Aおよび図8Bに例示されるように、固定部材14は、外周部に雄ねじ部14aが形成されているとともに、中央部には軸方向に貫通孔14bが形成されている。さらに、一端面には、固定部材14のガス通気穴4aに対する着脱作業のための回動工具に嵌合する工具溝14cが直径方向に形成されている。
そして、図7Bのようにガス通気穴4aに多孔質体5を、ストッパー部12の端面の全周に気密に当接する位置まで挿入する。
このとき多孔質体5はスリーブ4のガス通気穴4aの長さLよりも、より短い全長L0のものを使用する。また、多孔質体5の外径は、ガス通気穴4aの内径よりも小さく、ストッパー部12の内径よりも大きい範囲の値に設定する。
その後、図7Cのように、ガス通気穴4aの外端部側のねじ加工部13に固定部材14の雄ねじ部14aをねじ込んで押し込むことにより、ストッパー部12に多孔質体5の端面を当てつけて密着させて固定する。
これにより、多孔質体5は、ストッパー部12とねじ加工部13に挟まれた状態で、ガス通気穴4aの内部において、スリーブ4の内部面から端面Aが引き込まれた状態で安定に固定され、非酸化性ガス22の導入の際の真空引きで、多孔質体5がガス通気穴4aからスリーブ4の外部内部側に脱落すること等が防止できる。
この他にも多孔質体5とスリーブ4を焼き嵌めする方法を取れば多孔質体5はスリーブ4のガス通気穴4aに大きな摩擦力を有する状態で嵌まり、真空引き等で、多孔質体5がガス通気穴4aから脱落することを防止できる。
多孔質体5のスリーブ4の内周面側に近いほうの端面Aをガス通気穴4aの内部に引き込まれた状態で固定できれば、多孔質体5と上型3および下型2との摺動も確実に防止され、異物11が固定された端面Aよりもスリーブ4の内部に侵入することはない。
従って、本実施の形態2の光学素子の成形型K2においては、下型2および上型3の成形面2aおよび成形面3aから転写された成形面に、異物11の付着に起因する凹凸等の欠陥のない外観品質の優れた光学素子をより確実に得ることが可能となる。
また、上述のストッパー部12、ねじ加工部13および固定部材14を用いた多孔質体5の固定構造を用いる場合には、スリーブ4に対する多孔質体5の組み付けや交換が容易になるとともに、ガス通気穴4aの内径や多孔質体5の外径の加工精度を必要以上に大きくする必要がない、という利点もある。
[実施の形態3]
図9Aおよび図9Bは、本発明のさらに他の実施の形態の光学素子の成形型の作用を説明するための比較例における成形型の拡大断面図である。
本実施の形態3の光学素子の成形型K3においては、上述の図2Aに例示した実施の形態1の多孔質体5の線膨張係数を変更する点のみが異なり、その他は実施の形態1の光学素子の成形型K1と同じである。
図9Aおよび図9Bは、本発明のさらに他の実施の形態の光学素子の成形型の作用を説明するための比較例における成形型の拡大断面図である。
本実施の形態3の光学素子の成形型K3においては、上述の図2Aに例示した実施の形態1の多孔質体5の線膨張係数を変更する点のみが異なり、その他は実施の形態1の光学素子の成形型K1と同じである。
本実施の形態の光学素子の成形型K3では、スリーブ4と同等の線膨張係数を有する多孔質材料7からなる多孔質体5を用いる。なお、本発明において、「同等の線膨張係数」とは、線膨張係数が完全に同じである場合と、線膨張係数がほぼ同じである場合と、を含む概念である。すなわち、スリーブ4の線膨張係数α4と、多孔質体5の線膨張係数α5は、等しい(α4=α5)、又は、ほぼ等しい(α4≒α5)。
スリーブ4と挿入した多孔質体5の線膨張係数が同等でないと次のようなことが起こる可能性がある。
スリーブ4と挿入した多孔質体5の線膨張係数が同等でないと次のようなことが起こる可能性がある。
すなわち、図9Aのように多孔質体5の方がより膨張してしまうと、スリーブ4と多孔質体5のクリアランスはゼロになるが、内部応力で多孔質体5が破壊され、破壊された箇所から異物11が発生し、異物が成形面に付着して光学素子の外観を損なう恐れがある。
また、図9Bのようにスリーブ4の方が多孔質体5より膨張してしまうと、スリーブ4と多孔質体5との間隙(クリアランス)から異物11がスリーブ4の内部に侵入してしまう可能性がある。
従って、本実施の形態3の光学素子の成形型K3のように、スリーブ4の線膨張係数α4と、多孔質体5の線膨張係数α5とが同等になる構成とすることにより、スリーブ4内における異物11の発生や異物11の侵入を確実に防止し、下型2および上型3の成形面2aおよび成形面3aから転写された成形面に、異物11の付着に起因する凹凸等の欠陥のない外観品質の優れた光学素子をより確実に得ることが可能となる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
1 プリフォーム
2 下型
2a 成形面
3 上型
3a 成形面
4 スリーブ
4a ガス通気穴
5 多孔質体
7 多孔質材料
8 母材
9 気孔
10 光学素子
11 異物
12 ストッパー部
13 ねじ加工部
14 固定部材
14a 雄ねじ部
14b 貫通孔
14c 工具溝
21 空気
22 非酸化性ガス
A 端面
K1 光学素子の成形型
K2 光学素子の成形型
K3 光学素子の成形型
2 下型
2a 成形面
3 上型
3a 成形面
4 スリーブ
4a ガス通気穴
5 多孔質体
7 多孔質材料
8 母材
9 気孔
10 光学素子
11 異物
12 ストッパー部
13 ねじ加工部
14 固定部材
14a 雄ねじ部
14b 貫通孔
14c 工具溝
21 空気
22 非酸化性ガス
A 端面
K1 光学素子の成形型
K2 光学素子の成形型
K3 光学素子の成形型
Claims (3)
- 筒体と、
前記筒体の一端から挿入される第1型と、
前記筒体の他端から前記第1型との間に成形素材を挟んで対向して挿入される第2型と、
前記筒体の壁面に貫通して形成された貫通孔と、
前記貫通孔に装着される多孔質体と、
を具備したことを特徴とする光学素子の成形型。 - 請求項1記載の光学素子の成形型において、
前記多孔質体の線膨張係数が前記筒体の線膨張係数と同等であることを特徴とする光学素子の成形型。 - 請求項1又は2記載の光学素子の成形型において、
前記多孔質体の全長が、前記貫通孔の長さよりも短いことを特徴とする光学素子の成形型。
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WO2018123825A1 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | オリンパス株式会社 | 光学素子の成形装置および光学素子の成形方法 |
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