JP2012158490A - Apparatus and method for manufacturing optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element manufacturing apparatus and an optical element manufacturing method.
従来より、精密に加工した上型及び下型からなる成形型を用いて高精度のガラス光学素子を製造する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法では、一般に、下型の上に成形材料のガラス材料からなる光学素材を置き、この光学素材に上型を当接させて位置決め固定した後、成形型を加熱して内部の光学素材を軟化させ、次いで、プレス成形して光学素材に所定の形状を付与する。その後、光学素材を冷却し固化させて成形型を開放し、光学素子を得る。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method for manufacturing a high-precision glass optical element by using a mold formed of a precisely processed upper mold and lower mold has been known (for example, see Patent Document 1). In this method, generally, an optical material made of a glass material of a molding material is placed on a lower mold, and the upper mold is brought into contact with the optical material to be positioned and fixed. It is softened and then press-molded to give a predetermined shape to the optical material. Thereafter, the optical material is cooled and solidified to open the mold and obtain an optical element.
しかしながら、この方法では、光学素材の形状や、得ようとする光学素子の形状によっては、プレス成形前の光学素材が上型下面の中心と下型上面の中心の2点で保持されることになるため、わずかな衝撃を受けただけでも位置ずれが生じやすいという問題があった。位置ずれが生ずると、光学素材の充填に偏りが生じ、割れ等が発生するおそれがある。また、上記の2点から上型及び下型の熱が光学素材に伝熱されるため、得られる光学素子の上面及び下面の中心に過熱による「焼け(表面が白く見える現象)」が生じるという問題があった。この焼けの問題は、例えば、成形後に光学素材の表面の研磨によって改善できるが、生産性低下やコスト上昇等の問題を生ずる。特に、非球面レンズ等の非球面を有する光学素子の場合の生産性低下やコスト上昇の程度は顕著である。 However, in this method, depending on the shape of the optical material and the shape of the optical element to be obtained, the optical material before press molding is held at two points, the center of the lower surface of the upper mold and the center of the upper surface of the lower mold. Therefore, there has been a problem that even if a slight impact is applied, the position shift easily occurs. When the position shift occurs, the filling of the optical material is biased, and there is a possibility that cracking or the like occurs. In addition, since the heat of the upper mold and the lower mold is transferred to the optical material from the above two points, there is a problem that “burn (a phenomenon in which the surface appears white)” due to overheating occurs at the center of the upper surface and the lower surface of the obtained optical element. was there. This burning problem can be improved by, for example, polishing the surface of the optical material after molding, but causes problems such as a decrease in productivity and an increase in cost. In particular, in the case of an optical element having an aspheric surface such as an aspheric lens, the degree of productivity reduction and cost increase is remarkable.
本発明は、上記従来の事情に対処したもので、光学素材を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する方法に用いられる成形型において、光学素材や得ようとする光学素子の形状にかかわらず、成形時の成形型内における光学素材の充填の偏りを防止できるとともに、過熱による光学素材表面の焼けの発生を抑制乃至防止できる光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法の提供を目的とする。 The present invention addresses the above-described conventional circumstances. In a mold used for a method of manufacturing an optical element by heat-softening an optical material and press-molding it, the shape of the optical material or the optical element to be obtained is obtained. Regardless of this, it is possible to provide an optical element manufacturing apparatus and an optical element manufacturing method that can prevent the uneven filling of the optical material in the mold at the time of molding and can suppress or prevent the burning of the optical material surface due to overheating. And
本発明の光学素子の製造装置は、成形すべき光学素子の上面に対応する形状の成形面を有する上型と、前記成形すべき光学素子の下面に対応する形状の成形面を有し、この成形面を前記上型の成形面に対向させて配置される下型とを備え、前記上型及び下型の間に配置した光学素材を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する装置であって、前記上型の成形面の周囲に上側環状部材を備え、この上側環状部材は、前記光学素材が前記上型の成形面と非接触で当該上側環状部材と前記下型で挟持された状態でプレス成形が開始されるように配置されていることを特徴とする。 The optical element manufacturing apparatus of the present invention has an upper mold having a molding surface having a shape corresponding to the upper surface of the optical element to be molded, and a molding surface having a shape corresponding to the lower surface of the optical element to be molded. An apparatus for manufacturing an optical element, comprising: a lower mold disposed with a molding surface facing the molding surface of the upper mold; and heat-softening an optical material disposed between the upper mold and the lower mold and press molding An upper annular member is provided around the molding surface of the upper mold, and the upper annular member is sandwiched between the upper annular member and the lower mold so that the optical material is not in contact with the molding surface of the upper mold. It is characterized by being arranged so that press molding is started in the state.
また、本発明の光学素子の製造方法は、成形すべき光学素子の上面に対応する形状の成形面を有する上型と、前記成形すべき光学素子の下面に対応する形状の成形面を有する下型を、それぞれの成形面が対向するように配置し、これらの上型及び下型の間に光学素材を配置した後、前記光学素材を加熱軟化させ、プレス成形して光学素子を製造する方法であって、前記上型の成形面の周囲に上側環状部材を設け、この上側環状部材を、前記光学素材が前記上型の成形面と非接触で当該上側環状部材と前記下型で挟持された状態となるように配置して、前記光学素材を加熱軟化させ、プレス成形することを特徴とする。 The optical element manufacturing method of the present invention also includes an upper mold having a molding surface having a shape corresponding to the upper surface of the optical element to be molded, and a lower mold surface having a shape corresponding to the lower surface of the optical element to be molded. A method of manufacturing an optical element by disposing a mold so that the respective molding surfaces face each other, disposing an optical material between the upper mold and the lower mold, then heat-softening the optical material, and press molding An upper annular member is provided around the molding surface of the upper mold, and the upper annular member is sandwiched between the upper annular member and the lower mold without contacting the optical material with the molding surface of the upper mold. The optical material is heat-softened and press-molded.
本発明の光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法によれば、光学素材や得ようとする光学素子の形状にかかわらず、成形時の成形型内における光学素材の充填の偏りを防止できるとともに、過熱による光学素材表面の焼けの発生を抑制乃至防止できる。 According to the optical element manufacturing apparatus and the optical element manufacturing method of the present invention, it is possible to prevent uneven filling of the optical material in the molding die during molding, regardless of the shape of the optical material or the optical element to be obtained. The occurrence of burns on the surface of the optical material due to overheating can be suppressed or prevented.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、説明は図面に基づいて行うが、それらの図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明はそれらの図面により何ら限定されるものではない。また、以下の図面の記載において、共通する部分または同様の個所で主な機能が同一である部分には、同一符号を付している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Although the description will be made based on the drawings, the drawings are provided for illustration only, and the present invention is not limited to the drawings. In the following description of the drawings, the same reference numerals are given to common parts or parts having the same main function in the same place.
図1は、本発明の一実施形態の光学素子の製造装置に使用される成形型の一例を示す断面図であり、その中心軸の右半分は光学素材をプレス成形する前の成形型を示し、中心軸の左半分は光学素材をプレス成形した後の成形型を示している。なお、後述する図2〜図5及び図7に示す成形型においても、図1と同様、各中心軸の右半分は光学素材をプレス成形する前の成形型を示し、中心軸の左半分は光学素材をプレス成形した後の成形型を示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a molding die used in an optical element manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and the right half of the central axis shows a molding die before optical material is press-molded. The left half of the central axis shows the mold after the optical material is press-molded. 2 to 5 and 7 described later, as in FIG. 1, the right half of each central axis indicates the mold before press molding the optical material, and the left half of the central axis indicates The mold after press-molding an optical material is shown.
図1に示すように、成形型10は、光学素子の上面を成形する上型11と、光学素材の下面を成形する下型12と、上型11及び下型12を内挿し摺動させて、それらの中心軸の位置合わせを行う円筒状の内胴13と、内胴13の外周に嵌合され、上型11及び下型12の上下方向の距離を規制する円筒状の外胴14とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
上型11及び下型12は、それぞれ円柱状の胴部を基本形状とする部材であり、これらの上型11及び下型12は光学素子を成形するため、上型11には光学素子の上面を形成する成形面11aが、下型12には光学素子の下面を形成する成形面12aが形成されている。以下、上型11の成形面11aを、上成形面、下型12の成形面12aを、下成形面と称する。上型11及び下型12は、これらの上成形面11aと下成形面12aを対向させて配置される。
Each of the
内胴13は、中空円筒形状に形成されており、その中空部分は上記した上型11及び下型12の円柱状の胴部が嵌合可能になっている。この内胴13は、上型11及び下型12を嵌合してプレスする際に、これら上型11及び下型12をそれぞれ上下の開口から摺動可能に挿入され、それらの光学中心軸を同軸上に規制するように位置合わせして、形成される光学素子の光学機能面を同軸のものとする。
The
外胴14は、内胴13と同様に中空円筒形状であるが、その中空部分に内胴13が嵌合され、上型11及び下型12間の距離を規制する。具体的には、この外胴14は、プレス成形時において、上型11及び下型12を互いに接近させて下型12上に置かれた光学素材1を加圧するときに、その加圧のための図示しないプレス手段の加圧面間の距離を規制することで、上型11及び下型12の距離を規制する。
The
そして、本発明においては、上型11の上成形面11aの周囲に、上側環状部材15が設けられている。この上側環状部材15は、プレス成形時、上型11及び下型12を互いに接近させて下型12上に置かれた光学素材1の加圧を開始するとき、図1の中心軸の右半分に示すように、光学素材1の上面が上型11の成形面11aと接触せず、上側環状部材15とのみ面で接触するようになっている。すなわち、上側環状部材15の下面は内側から外側下方に向けて傾斜するテーパ面で形成されており、このテーパ面で光学素材1と面で接している。図1ではテーパ面としたが、これに限定されるものではなく、適宜、平面、逆テーパ面等に変更できる。また、上側環状部材15は、その上面及び内周面を上型11に密着させるとともに、その外周から上型11に向けて径方向に固定ピン16を挿入することにより、上型11に固定されている。図1において、符号17は、上側環状部材15及び上型11に穿設した固定ピン挿入用の透孔を示している。
In the present invention, the upper
なお、非接触とされる上型11の成形面11aと光学素材1との離間距離は、0.1〜0.3mm程度が適当である。0.1mm未満では、加熱中に自重変形を起こして上金型と光学素材が接触する可能性が高くなる。また、0.3mmを超えると、成形型10Aの各成形面11a,11bの光学素材1への転写が少なくなったり、上側環状部材15と下型12が接触するおそれがある。
In addition, about 0.1-0.3 mm is suitable for the separation distance of the
また、上記成形型10を構成する各部材、すなわち、上型11、下型12、内胴13、外胴14及び上側環状部材15は、いずれも超硬合金、タングステン基合金等の耐熱合金、セラミック等により形成できる。外胴14は、それら以外にも、ステンレス鋼、インコネル(大同スペシャルメタル株式会社製、商品名)等の金属を使用できる。ステンレス鋼製とすると、加工が容易で、熱膨張量が大きく安価である点で好ましい。
Further, each member constituting the
図1では、成形型10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ているが、光学素子形状はこれに限定されず、両凹形状、両凸形状、凸メニスカス形状、平凸形状、平凹形状のいずれの形状を成形する成形型であってもよい。図2〜図4はその例を示したもので、図2に示す成形型102は、凸メニスカス形状の光学素子を製造するための成形型の例、図3に示す成形型103は、両凹形状の光学素子を製造するための成形型の例、図4に示す成形型104は両凸形状の光学素子を製造するための成形型の例である。なお、図示は省略したが、上型11と上側環状部材15の間には、外部に連通する脱気用の孔が設けられている。
In FIG. 1, the
また、図1では、上側環状部材15の上型11への固定は、固定ピン16により行っているが、図5の成形型105の例に示すように、螺着による固定も可能である。図5において、符号18a、18bは、上型11の外周面及び上側環状部材15の内周面にそれぞれ形成されたネジ溝を示している。
In FIG. 1, the upper
さらに、図5の例では、上側環状部材15と上型11の間に環状のスペーサ19を設けている。このような環状のスペーサ19を用いることにより、上側環状部材15の上型11の軸方向の高さの調節が可能となり、適切な高さに微調整できる。さらに、1種の上側環状部材15で形状の異なる光学素子を成形する場合の対応が容易となる。
Furthermore, in the example of FIG. 5, an
次に、上記成形型10を用いた本発明の光学素子の製造方法について説明する。
まず、この光学素子の製造方法に用いる成形装置について説明する。
Next, a method for manufacturing the optical element of the present invention using the
First, a molding apparatus used for this optical element manufacturing method will be described.
図6は、光学素子の成形装置の概略構成図である(チャンバー22のみ断面で示している)。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical element molding apparatus (only the
図6に示すように、光学素子の成形装置20は、光学素子を成形するための成形室となるチャンバー22と、該チャンバー22の内部に設けた光学素材を収容した成形型を加熱して光学素材を軟化させる加熱ステージ23と、加熱軟化した光学素材をプレス成形するプレスステージ24と、プレス成形により光学素子形状が付与された光学素材を冷却する冷却ステージ25と、を有する。
As shown in FIG. 6, an optical
ここで、成形室であるチャンバー22は、その内部において、光学素子の成形操作を行う場を提供する。このチャンバー22には、光学素子の成形型10を内部に取り入れる取入れ口と、光学素子の成形が終了した後、成形型10を取り出す取出し口が設けられ、この取入れ口及び取出し口には、それぞれ取入れシャッター26及び取出しシャッター27が設けられる。必要に応じて、これらシャッター26,27を開閉することで、成形型10をチャンバー22から出し入れできるようになっており、チャンバー22内の雰囲気が維持される。また、この取入れ口及び取出し口には、そのチャンバー22外部にそれぞれ成形型10を載置できる成形型載置台28及び29が設けられている。
Here, the
このチャンバー22の内部には、光学素子を成形するための加熱ステージ23、プレスステージ24及び冷却ステージ25が設けられており、これらの各ステージ23,24,25により成形操作を行う。実際には、光学素材を収容した成形型10が、取入れ口からチャンバー22内に取り入れられ、上記の各ステージ23,24,25において所定の処理を施されながら順番に移動し、所定の処理が終了したら成形型10は、取出し口からチャンバー22の外部に取出される。
Inside the
このチャンバー22の内部において、成形型10は光学素材を軟化し、変形を容易にするもので高温に加熱されるため、成形型10が酸化されないように、チャンバー内雰囲気を窒素等の不活性ガス雰囲気とできる。この不活性ガス雰囲気とするには、チャンバー22を密閉構造として内部雰囲気を置換して達成できるが、半密閉構造とし、不活性ガスを常時チャンバー22内に供給して、チャンバー22内を陽圧にしながら外部の空気が流入しないようにして不活性ガス雰囲気を維持してもよい。上記した取入れシャッター26及び取出しシャッター27は、チャンバー22内部を簡便な構成で半密閉状態とするのに効果的である。なお、これらチャンバー22及びシャッター26,27は、ステンレス、合金鋼等の高温下において、ガス、不純物が析出しない素材とするのが好ましい。
Inside the
次に、本発明の成形操作を行う各ステージについて説明する。 Next, each stage that performs the molding operation of the present invention will be described.
加熱ステージ23は、成形型10に収容された光学素材を軟化させるものであり、その内部にカートリッジヒータ23aが埋め込まれた上下一対の加熱プレート23bから構成される。この加熱プレート23bは、上下一対の加熱プレート23bを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させることにより、上型及び下型を加熱でき、さらに成形型内部に収容されている光学素材をも加熱できる。
The
より具体的には、加熱ステージ23において、下側の加熱プレート23bはチャンバー22の底板に、断熱板23c、プレスプレート23bがこの順番に積層して固定されており、下側のプレスプレート23bの熱をチャンバー22に伝達しない。
More specifically, in the
上側の加熱プレート23bは上下移動が可能となっており、こちらも上側の加熱プレート23b自体の熱をそのまま伝えないように断熱板23cを介してシャフト23dと接続され、このシャフト23dは図示しないシリンダーによって加熱プレート23bを上下移動可能としている。このように、加熱プレート23bを上下移動可能とすれば、上側の加熱プレート23bの成形型10の上型への接触・非接触を制御でき、所望のタイミングで成形型10と光学素材を加熱できる。
The upper heating plate 23b can be moved up and down, and is also connected to a
プレスステージ24は、上下のプレスプレート24b間の距離を狭めて成形型10の上型と下型との距離をも狭め、成形型10内に収容された光学素材を軟化状態のまま押圧して変形させ、上型及び下型の成形面形状を光学素材に付与して光学素子を成形する。その内部にカートリッジヒータ24aが埋め込まれた上下一対のプレスプレート24bから構成される。このプレスプレート24bを用いたプレスは前段階の加熱温度を維持しながら行われる。
The
より具体的には、このプレスステージ4において、下側のプレスプレート24bはチャンバー22の底板に、断熱板24c、プレスプレート24bがこの順番に積層して固定されており、下側のプレスプレート24bの熱をチャンバー22に伝達しない。
More specifically, in this press stage 4, the lower press plate 24b is formed by laminating and fixing a
上側のプレスプレート24bは上下移動が可能となっており、こちらも上側のプレスプレート24b自体の熱をそのまま伝えないように断熱板24cを介してシャフト24dと接続され、このシャフト24dは図示しないシリンダーによってプレスプレート24bを上下移動可能としている。このように、プレスプレート24bを上下移動可能とすれば、この上側のプレスプレート24bを下降させ、下側のプレスプレート24bに載置された成形型10を用いたプレス成形ができる。このとき所定の圧力でプレス成形ができ、光学素材に高精度に光学素子形状を付与できる。
The upper press plate 24b can move up and down, and is also connected to a
冷却ステージ25は、成形型10を冷却して光学素子形状が付与された光学素材をも冷却し、固化させるものであり、その内部に、カートリッジヒータ25aが埋め込まれた上下一対の冷却プレート25bから構成される。この冷却プレート25bは、上下一対の冷却プレート25bを成形型の上型、下型にそれぞれ接触させて、上型及び下型を冷却でき、さらに成形型内部に収容されている光学素材をも冷却できる。
The cooling
より具体的には、この冷却ステージ25において、下側の冷却プレート25bはチャンバー22の底板に、断熱板25c、冷却プレート25bがこの順番に積層されて固定されており、下側の冷却プレート25bの熱をチャンバー22に伝達しないように構成されている。
More specifically, in this
上側の冷却プレート25bは上下移動が可能となっており、こちらも上側の冷却プレート5b自体の熱をそのまま伝えないように断熱板25cを介してシャフト25dと接続され、このシャフト25dは図示しないシリンダーによって冷却プレート25bを上下移動可能としている。このように、冷却プレート25bを上下移動可能とすれば、この上側の冷却プレート25bの成形型10の上型への接触・非接触を制御でき、所望のタイミングで成形型10と光学素材を冷却できる。
The upper cooling plate 25b can be moved up and down, and is also connected to a shaft 25d through a
なお、ここでの光学素材の固化は、その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ればよく、十分に冷却されると光学素材の形状は安定し、変形が抑制される。ここでの冷却とは、光学素材のプレス形状を安定して付与できるように光学素材を固化する温度まで下げることをいい、その温度は、プレスプレートよりも50〜150℃程度低いだけで、依然として高温であるため、この冷却プレート25bにもその内部にヒータ25aが埋め込まれている。
The solidification of the optical material here may be cooled to the glass transition point or less of the material, more preferably to the strain point or less, and when sufficiently cooled, the shape of the optical material becomes stable and deformation is suppressed. . Cooling here means lowering to a temperature at which the optical material is solidified so that the press shape of the optical material can be stably applied. The temperature is only about 50 to 150 ° C. lower than the press plate, and still remains. Since the temperature is high, a
また、これら各ステージの上側の加熱プレート23b、プレスプレート24b及び冷却プレート25bは、上記したように断熱板を介してシャフトに固定されており、このシャフトがシリンダーに接続されているが、ここでシリンダーは、各プレートを上下動させることができればよく、例えば、エアシリンダー、電動サーボシリンダー、油圧シリンダー、電動油圧シリンダー等のシリンダーが使用できる。 Further, the heating plate 23b, the press plate 24b, and the cooling plate 25b on the upper side of each stage are fixed to the shaft via the heat insulating plate as described above, and this shaft is connected to the cylinder. The cylinder is only required to move each plate up and down. For example, an air cylinder, an electric servo cylinder, a hydraulic cylinder, an electric hydraulic cylinder, or the like can be used.
上記した、加熱プレート23b、プレスプレート24b、冷却プレート25bは、その成形型との接触面が水平面となっており、特に、プレスプレート24b、冷却プレート25bにおいては、プレスプレート24b、冷却プレート25bの成形型との接触面が傾いていた場合、成形型10の上型及び下型の中心軸が一致しなくなり、このとき製造される光学素子の光軸が一致せず不良品となってしまう。したがって、これら各ステージにおけるプレートの平行度や平面度は厳密に管理される。
The heating plate 23b, the press plate 24b, and the cooling plate 25b described above have a horizontal contact surface with the mold. In particular, the press plate 24b and the cooling plate 25b include the press plate 24b and the cooling plate 25b. When the contact surface with the mold is inclined, the central axes of the upper mold and the lower mold of the
これらの各ステージにおいて、プレートはステンレス、超硬合金、合金鋼等の素材の内部にカートリッジヒータを挿入し、固定したものであり、カートリッジヒータを加熱してプレートの温度を上昇させ、所望の温度に維持できる。 In each of these stages, the plate is the one in which a cartridge heater is inserted and fixed inside a material such as stainless steel, cemented carbide or alloy steel, and the temperature of the plate is raised by heating the cartridge heater to a desired temperature. Can be maintained.
また、各ステージの断熱板23c,24c,25cは、セラミックス、ステンレス、ダイス鋼、ハイス鋼等の公知の断熱板を用いればよく、硬度が高くプレス成形時の圧力等によっても変形しにくく、ずれを生じることが少ないセラミックスであることが好ましい。
Further, the
以上説明した加熱ステージ23、プレスステージ4、冷却ステージ5は、それぞれ所定の処理が行われるステージを形成するものであり、各ステージによる処理を順次円滑に行えるように、成形型10は、図示しない搬送手段により所定のタイミングで各ステージに移送し搭載されるように制御手段によって制御されている。
The
より具体的には、加熱プレート23b、プレスプレート24b、冷却プレート25bによる処理は、成形型10を順次上記の順序で各プレート上へと搬送移動させながら所定の処理を行うものであり、成形型10が次のステージに移動することで、処理の終わったステージは空くため、さらに、そこに別の光学素材を収容した成形型10を搬送し、連続的に複数個の光学素子の成形操作を行うことができる。
More specifically, the processing by the heating plate 23b, the press plate 24b, and the cooling plate 25b is to perform predetermined processing while the
この処理を行うための上記搬送手段は、図示していないが、例えば、ロボットアーム等により構成され、成形型載置台28から加熱プレート23bへ、加熱プレート23bからプレスプレート24bへ、プレスプレート24bから冷却プレート25bへ、冷却プレート25bから成形型載置台29へ、成形型を移動させる。 The conveying means for performing this processing is not shown, but is constituted by, for example, a robot arm or the like, and is formed from the mold mounting table 28 to the heating plate 23b, from the heating plate 23b to the press plate 24b, and from the press plate 24b. The mold is moved to the cooling plate 25b and from the cooling plate 25b to the mold mounting table 29.
なお、この制御手段は、成形型の移動、加熱・プレス・冷却の各ステージにおける上下一対のプレートの温度や、上下移動のタイミング等をも制御し、一連の成形操作を円滑に、かつ、連続的にできるように制御している。このとき、取入れシャッター及び取出しシャッターの開閉も制御する。さらに、チャンバー22内の雰囲気が不活性ガスで満たされるように窒素の供給量やタイミング等を制御するのが好ましい。
This control means also controls the temperature of the pair of upper and lower plates in each stage of heating, pressing, and cooling, the timing of vertical movement, etc., so that a series of molding operations can be performed smoothly and continuously. It is controlled to be able to. At this time, the opening and closing of the taking-in shutter and the taking-out shutter are also controlled. Furthermore, it is preferable to control the supply amount and timing of nitrogen so that the atmosphere in the
すなわち、この光学素子の成形装置21は、1以上のポジションで温度の上げ下げを行いながら所定の処理を行う、成形型の搬送による光学素子の成形装置である。 In other words, the optical element molding apparatus 21 is an optical element molding apparatus that carries out a predetermined process while raising and lowering the temperature at one or more positions, by conveying a molding die.
次に、本発明の光学素子の成形方法について説明する。
まず、成形型10の内部に光学素材を収容する。このとき、図1の右半分に示すように、成形型10の下型12上に光学素材1を置き、上側環状部材15を固定した上型11を内胴13内に、上側環状部材15が光学素材1に当接するまで挿入し、成形型10を組み立てる。
Next, a method for molding the optical element of the present invention will be described.
First, an optical material is accommodated in the
次に、この組み立てた成形型10を、取入れ口側の成形型載置台28に載置し、取入れシャッター26を開けて取入れ口を開口させ、成形型10を搬送手段により加熱プレート23b上に搬送する。搬送されると、成形型10の下型は下側の加熱プレート23bに接触するため加熱プレート23bと同じ温度まで昇温される。これと同時に、上型には上方向から上側の加熱プレート23bを接触させて同様に加熱する。
Next, the assembled
このように上型及び下型が加熱されると、その内部に収容されている光学素材も加熱され、この光学素材は屈伏点以上に加熱されると変形が容易となる。一般に、加熱温度は、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。このとき、昇温速度は0.5〜2.5℃/sec程度が好ましい。 When the upper mold and the lower mold are heated in this way, the optical material housed therein is also heated, and when this optical material is heated above the yield point, the deformation becomes easy. Generally, the heating temperature is set to a temperature between the yield point (At) and the softening point because the lens surface becomes clouded when the temperature is raised to the softening point. At this time, the temperature rising rate is preferably about 0.5 to 2.5 ° C./sec.
このようにして加熱ステージ23で十分に加熱された成形型10及び光学素材は、搬送手段により、下側のプレスプレート24b上に搬送され載置される。
In this way, the
プレスプレート24bも加熱プレート23bと同程度の温度に加熱されており、光学素材が軟化状態を維持するようにしている。さらに、上側のプレスプレート24bを下降させてプレスプレート24b間の距離を狭めることにより、上型と下型との距離を狭めて、成形型10の内部に収容された光学素材に圧力をかけて変形できる。
The press plate 24b is also heated to a temperature similar to that of the heating plate 23b so that the optical material is maintained in a softened state. Further, by lowering the upper press plate 24b and reducing the distance between the press plates 24b, the distance between the upper mold and the lower mold is reduced, and pressure is applied to the optical material accommodated in the
このプレス工程では、上記したように成形型10の上下から圧力をかけて光学素材のプレス成形を行い、これにより光学素材には上型及び下型の成形面が転写され、光学素子形状が付与される。 In this pressing step, as described above, pressure molding is performed on the optical material by applying pressure from above and below the molding die 10, whereby the molding surfaces of the upper die and the lower die are transferred to the optical material, and the optical element shape is imparted. Is done.
また、このプレス工程におけるプレスは、加熱温度が前段の加熱ステージで加熱した温度と同程度の温度であり、プレス時の圧力はレンズ成形体の単位面積当たり2.5〜37.5N/mm2が好ましく、例えば10〜20N/mm2が特に好ましい。 In the press in this pressing step, the heating temperature is about the same as the temperature heated in the preceding heating stage, and the pressure during pressing is 2.5 to 37.5 N / mm 2 per unit area of the lens molded body. For example, 10 to 20 N / mm 2 is particularly preferable.
そして、このようなプレス工程を行うことで、押切りが完了した成形型10は、搬送手段によりプレスプレート24bから冷却プレート25bへと搬送される。この搬送手段は、上記した搬送手段と同様のものである。 And by performing such a press process, the shaping | molding die 10 in which the press cut was completed is conveyed from the press plate 24b to the cooling plate 25b by a conveyance means. This transport means is the same as the transport means described above.
次に、冷却プレート25bにより成形型10を冷却するが、これは、上記加熱工程と同様に、下型は下側の冷却プレート25bで、上型は上側の冷却プレート25bを下降させて接触させることで冷却する。これにより光学素材を冷却して、固化させる。このとき冷却温度は、光学素材のガラス転移点(Tg)以下が好ましく、光学素材の歪点以下がより好ましい。このとき、降温速度は0.1〜2.5℃/secが好ましく、さらに好ましくは0.5〜1.0℃/secである。
Next, the
加熱プレート23b、プレスプレート24b及び冷却プレート25bは、全てプレート内部に熱電対が埋め込まれており、熱電対からの出力をフィードバックしてカートリッジヒータの出力を制御して、所定のプレート温度を維持する。 The heating plate 23b, the press plate 24b, and the cooling plate 25b all have a thermocouple embedded in the plate, and the output from the thermocouple is fed back to control the output of the cartridge heater to maintain a predetermined plate temperature. .
なお、上記した加熱工程及び冷却工程は、それぞれ段階的に温度を変化させ緩やかに昇温又は降温させるのが好ましく、加熱工程を1以上の加熱ステージを設けることにより、段階的に光学素材の温度を上昇させて、プレスステージの直前の加熱ステージにおいて、成形温度にまでもっていく。また、冷却工程においても1以上の冷却ステージを設け、段階的に光学素材の温度を下降させて、200℃以下の温度になるようにする。このように、段階的に加熱及び冷却をすると、光学素材の急激な温度変化を抑制し、歪が生じたり、面ワレ等が生じたりする等の光学素子の特性を悪化させずに成形できる。ここで面ワレとは、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を生じる離型異常のことをいう。 In the heating process and the cooling process described above, it is preferable to gradually increase or decrease the temperature by changing the temperature stepwise, and by providing one or more heating stages, the temperature of the optical material is increased stepwise. Is raised to the molding temperature in the heating stage immediately before the press stage. Also, in the cooling process, one or more cooling stages are provided, and the temperature of the optical material is lowered stepwise so as to reach a temperature of 200 ° C. or lower. As described above, when heating and cooling are performed step by step, a rapid temperature change of the optical material can be suppressed, and molding can be performed without deteriorating the characteristics of the optical element such as distortion or surface cracking. Here, surface cracking means that when an optical element is released from a mold, only a part is released first, and then the rest is released, and an optical surface with a discontinuous curvature is formed. A mold release abnormality that causes a defect in which the accuracy of the aspheric shape deteriorates.
本発明の光学素子の製造方法においては、図1に示すように、光学素材1が上型11の成形面11aと非接触で上側環状部材15と下型12で挟持された状態で、加熱され、プレス成形が開始されることになるため、従来のような、得られる光学素子の上面に過熱による焼けが生じたり、光学素材1の位置ずれが生ずることがない。
In the method of manufacturing an optical element of the present invention, as shown in FIG. 1, the
すなわち、光学素材1を加熱し軟化させてプレス成形する際、上型11及び下型12を加熱し、その熱が光学素材1に伝熱されることによって、光学素材1が加熱されるが、熱の光学素材1への伝熱は、従来のように上型下面の中心と下型下面の中心の2点からではなく、上型からの熱については光学素材1の周縁部で接する上側環状部材15を介して伝熱されるため、光学素子の上面の中心に過熱による「焼け」が生じることはなく、また、光学素材1と上側環状部材15は面で接しているため、上型からの熱の伝達効率も良好で、光学素材1の速やかな昇温及び軟化が可能である。
That is, when the
また、光学素材1は、従来のように上型下面の中心と下型下面の中心の2点による保持ではなく、3次元的に保持されるため、成形型載置台28から加熱プレート23b上に搬送する際等に光学素材1の位置ずれが生じ難い。このため、位置ずれに起因する光学素材1の充填の偏りが生じ難くなり、割れ等の発生を防止できる。
Further, since the
なお、以上説明した成形型、及び光学素子の製造方法では、上型の上成形面の周囲に、上側環状部材を設け、プレス成形時、上型及び下型を互いに接近させて下型上に置かれた光学素材の加圧を開始するとき、光学素材の上面が上型の上成形面と接触せず、上側環状部材とのみ面で接触するようにしているが、下型の下成形面の周囲に下側環状部材を設け、プレス成形時、上型及び下型を互いに接近させて下型上に置かれた光学素材の加圧を開始するとき、光学素材の下面が下型の成形面と接触せず、下側環状部材とのみ接触するようにしてもよい。 In the molding die and the optical element manufacturing method described above, an upper annular member is provided around the upper molding surface of the upper die, and the upper die and the lower die are brought close to each other on the lower die during press molding. When pressing the placed optical material, the upper surface of the optical material is not in contact with the upper molding surface of the upper mold, but only in contact with the upper annular member. A lower annular member is provided around the lower part of the optical material when pressing the optical material placed on the lower die with the upper die and the lower die approaching each other during press molding. You may make it contact only a lower annular member, without contacting a surface.
図7は、その一例を示したもので、図3に示した成形型103と同様、両凹形状の光学素子を製造するための成形型である。この成形型107は、上側環状部材15に加え、さらに、下型12の下成形面12aの周囲に下側環状部材55に設けられ、プレス成形時、上型11及び下型12を互いに接近させて下型12上に置かれた光学素材1の加圧を開始するとき、光学素材1の下面が下型12の成形面12aと接触せず、下側環状部材55とのみ接触するようになっている。下側環状部材55は、その上面及び内周面を下型12に密着させるとともに、その外周から下型12に向けて径方向に固定ピン56を挿入することにより、下型11に固定されている。図7において、符号57は、下側環状部材55及び下型12に穿設した固定ピン挿入用の透孔を示している。
FIG. 7 shows an example thereof, which is a mold for manufacturing a biconcave optical element, similar to the
この場合には、得られる光学素子の上面のみならず、下面における過熱による焼けも防止できる。すなわち、光学素材1を加熱し軟化させてプレス成形する際、上型11及び下型12を加熱し、その熱が光学素材1に伝熱されることによって、光学素材1が加熱されるが、熱の光学素材1への伝熱は、従来のように上型下面の中心と下型面の中心の2点からではなく、上型11からの熱については光学素材1の上側周縁部で接する上側環状部材15を介して伝熱され、下型12からの熱については光学素材1の下側周縁部で接する下側環状部材55を介して伝熱されるため、光学素子の上面の中心に過熱による「焼け」が生じることはなく、光学素子の下面の中心に過熱による「焼け」も生じることはない。また、上型11からの熱の伝達効率も、下型12からの熱の伝達効率も良好となるため、光学素材1の昇温及び軟化をより促進できる。
In this case, not only the upper surface of the obtained optical element but also the bottom surface can be prevented from being burned by overheating. That is, when the
なお、本発明の実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組合せたり、また実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除する等、種々の変形が可能である。さらに、本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張または変更でき、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。 In the implementation stage of the present invention, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the technical idea of the present invention. In addition, various modifications are possible, such as appropriately combining a plurality of constituent elements shown in the above embodiment, or deleting some constituent elements from all the constituent elements shown in the embodiment. Furthermore, the embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and these expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明の光学素子の製造装置及び光学素子の製造方法は、上型及び下型からなる成形型を用いる光学素子の製造に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The optical element manufacturing apparatus and optical element manufacturing method of the present invention are useful for manufacturing an optical element using a mold composed of an upper mold and a lower mold.
1…光学素材、10,102〜105,107…成形型、11…上型、11a…上成形面、12…下型、12a…下成形面、13…内胴、14…外胴、15…上側環状部材、20…光学素子の成形装置、23…加熱ステージ、24…プレスステージ、25…冷却ステージ、55…下側環状部材。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記上型の成形面の周囲に上側環状部材を備え、この上側環状部材は、前記光学素材が前記上型の成形面と非接触で当該上側環状部材と前記下型で挟持された状態でプレス成形が開始されるように配置されていることを特徴とする光学素子の製造装置。 An upper mold having a molding surface having a shape corresponding to the upper surface of the optical element to be molded, and a molding surface having a shape corresponding to the lower surface of the optical element to be molded, and this molding surface is used as the molding surface of the upper mold. An apparatus for manufacturing an optical element by heat-softening an optical material disposed between the upper mold and the lower mold, press molding,
An upper annular member is provided around the molding surface of the upper mold, and the upper annular member is pressed in a state where the optical material is sandwiched between the upper annular member and the lower mold without being in contact with the molding surface of the upper mold. An apparatus for manufacturing an optical element, wherein the apparatus is arranged to start molding.
前記上型の成形面の周囲に上側環状部材を設け、この上側環状部材を、前記光学素材が前記上型の成形面と非接触で当該上側環状部材と前記下型で挟持された状態となるように配置して、前記光学素材を加熱軟化させ、プレス成形することを特徴とする光学素子の製造方法。 An upper mold having a molding surface having a shape corresponding to the upper surface of the optical element to be molded and a lower mold having a molding surface having a shape corresponding to the lower surface of the optical element to be molded so that the molding surfaces face each other. After placing an optical material between these upper mold and lower mold, the optical material is heated and softened, press-molded to produce an optical element,
An upper annular member is provided around the molding surface of the upper mold, and the optical material is sandwiched between the upper annular member and the lower mold in a non-contact manner with the molding surface of the upper mold. The method of manufacturing an optical element is characterized in that the optical material is heat-softened and press-molded.
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