JP2617018B2 - 光学素子製造のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光学素子製造のための方法及び装置に関し、
特に光学機能面を有する光学素子を成形用素材から直接
プレス成形により連続的に得るための方法及び装置に関
する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 近年、所定の表面精度を有する成形用型内に光学素子
成形用の素材たとえばある程度の形状及び表面精度に予
備成形されたガラスブランクを収容して加熱下でプレス
成形することにより、研削及び研磨等の後加工を不要と
した、高精度光学機能面を有する光学素子を製造する方
法が開発されている。

この様なプレス成形法では、一般に成形用上型部材と
成形用下型部材とをそれぞれ成形用胴型部材内に摺動可
能に対向配置し、これら上型部材、下型部材及び胴型部
材により形成されるキャビティ内に成形用素材を導入
し、型部材の酸化防止のため雰囲気を非酸化性雰囲気た
とえば窒素雰囲気として、成形可能温度たとえば成形用
素材が10⁸〜10¹²ポアズとなる温度まで型部材を加熱
し、型を閉じ適宜の時間プレスして型部材表面形状を成
形用素材表面に転写し、そして型部材温度を成形用素材
のガラス転移温度より十分低い温度まで冷却し、プレス
圧力を除去し、型を開いて成形済光学素子を取出す。

尚、型部材内に導入する前に成形用素材を適宜の温度
まで予備加熱したり、あるいは成形用素材を成形可能温
度まで加熱してから型部材内に導入することもできる。
更に、型部材とともに成形用素材を搬送しながら、それ
ぞれ所定の場所で加熱、プレス及び冷却を行い、連続化
及び高速化をはかることもできる。

以上の様な光学素子プレス成形法及びその装置は、た
とえば特開昭58−84134号公報、特開昭49−97009号公
報、イギリス国特許第378199号公報、特開昭63−11529
号公報、特開昭59−150728号公報、特開昭61−26528号
公報及び特開昭61−44721号公報等に開示されている。

ところで、ガラスのプレス成形において良好な成形品
を得るためには、成形用素材と成形用型部材との融着や
成形品ワレ等の不具合発生を防止することが重要であ
る。これらの不具合は、成形用型部材に対する成形用素
材の付着強度（密着強度）が該成形用素材の強度を上回
る場合に発生する。

そこで、本発明は、以上の様な従来技術の問題点に鑑
み、成形用型部材との融着やワレ等の不具合の生じにく
い光学素子製造の方法及び装置を提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、上記目的を達成するものとして、 成形用素材をプレスして光学素子を製造する方法にお
いて、 製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備成形
された成形用素材を該成形用素材と同等のキャビティを
形成し得る加熱時形状保持用型内に収容して軟化点以上
の温度に加熱し、上記成形用素材を上記加熱時形状保持
用型内に収容したままで軟化点未満且つガラス転移点以
上の温度にまで冷却し、その後上記成形用素材を上記加
熱時形状保持用型から取り出してプレス成形用型内へと
移送し、該プレス成形用型を用いて上記成形用素材を軟
化点未満且つガラス転移点以上の温度でプレス成形する
ことを特徴とする、光学素子の製造方法、 が提供される。

また、本発明によれば、 上記光学素子の製造方法を実施するための装置であっ
て、製造すべき光学素子の形状に近似する形状のキャビ
ティを形成し得る加熱時形状保持用型と、該加熱時形状
保持用型を加熱する加熱手段と、上記プレス成形用型
と、上記加熱時形状保持用型から上記プレス成形用型へ
と成形用素材を移送する手段とを有することを特徴とす
る、光学素子の製造装置、 が提供される。

［作用］ 成形用素材の表面に存在するマイクロクラックが該成
形用素材の強度を劣化させるのであるが、本発明におい
ては、成形前に予め成形用素材を軟化点以上に加熱する
ことにより、表面のマイクロクラックが消失し、該マイ
クロクラック内に存在していた水分が除去され、ガラス
の強度を向上させることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明による光学素子の製造装置の一実施例
の概略構成を示す横断面模式図であり、第２図及び第３
図はそれぞれそのII−II断面模式図及びIII−III断面模
式図である。

これらの図において、２は成形室であり、４はその上
部に配置された入替え室である。これら成形室２と入替
え室４との間には密閉可能なゲートバルブ６が介在して
いる。

上記成形室２は上下方向に中心を有する円筒形状であ
り、外気と遮断可能である。該成形室は不図示の減圧源
及び非酸化性ガスたる窒素ガスの供給源にそれぞれ接続
されている。成形室２内には１つの中継ステーション1
2、２つの加熱ステーション14,16及び５つのプレスステ
ーション18,20,22,24,26が配置されており、これらステ
ーションは上記成形室２の円筒形状の上下方向中心のま
わりに円周に沿って均等に配列されている。そして、上
記成形室２の円筒形状の上下方向の中心には移送手段28
が配置されている。尚、上記中継ステーション12は上記
ゲートバルブ６の真下に位置する。

上記中継ステーション12は、第２図に示されている様
に、成形室２の下部に立設せしめられた支柱12aの上端
に受台12bを取付けたものからなる。

上記加熱ステーション14は、第３図に示されている様
に、成形室２外に配置されているシリンダ14a、該シリ
ンダの上下方向ピストンロッドの上端に取付けられてい
る加熱時形状保持用下型部材14b、上記成形室２の上部
に取付けられている加熱筒14c、該加熱筒内に設けられ
ているヒータ14d及び該加熱筒内に設けられている加熱
時形状保持用上型部材14eからなる。上記シリンダ14aを
作動させることにより、上記形状保持用下型部材14bを
上記加熱筒14c内へと移動させ、上記形状保持用上型部
材14eに当接することができる。これにより、２つの型
部材14b,14e間に成形用素材の形状と同等のキャビティ
が形成される。

加熱ステーション14での加熱プロセスは、成形用素材
G₁を保持した形状保持用下型部材14bを加熱筒14c内まで
上昇させ、該素材を形状保持用上型部材とで挟持し、ヒ
ータ14dにより加熱して、しかる後に上記形状保持用下
型部材14bを下降させることによりなされる。

上記形状保持用下型部材14b及び形状保持用上型部材1
4eは例えばカーボンからなり、成形用素材G₁と接触する
表面は十分小さい表面粗さに仕上げられている。加熱ス
テーション14での加熱は、成形用素材G₁がその軟化点以
上の温度になるまで昇温し該温度を適宜の時間維持す
る。これにより、素材G₁の表面に存在していたマイクロ
クラックが消失し、該マイクロクラック内に存在してい
た水分が除去される。しかる後に軟化点未満且つガラス
転移点以上の温度まで降温する。

以上の様な軟化点以上の温度までの加熱に際しても、
成形用素材G₁は形状保持用下型部材14b及び形状保持用
上型部材14eにより保持されているので、形状が変化す
ることはない。また、形状保持用下型部材14b及び形状
保持用上型部材14eとしてカーボンからなるものを用い
ると、加熱の際に型部材中の炭素が窒素ガス中の微量の
酸素と反応してガスが発生し、このガスが良好な離型作
用をなすので、型部材と成形用素材G₁との融着防止が極
めて有効になされる。

以上、加熱ステーション14に関し説明したが、上記加
熱ステーション16も同様である。

上記プレスステーション20においては、第２図に示さ
れている様に、成形室２の底部に上下方向の固定筒20a
が立設せしめられている。そして、成形室２外の上記固
定筒20aの下方にシリンダ20bが配置されている。20cは
シリンダ20bのピストンロッドに取付けられ上下移動せ
しめられる下軸であり、該下軸は上記固定筒20a内に上
下方向に摺動可能な様に収容されている。

上記固定筒20aの上端上には筒状の胴型部材20dの下端
が取付けられている。また、上記下軸20cの上端上には
下型部材20eが配置されている。該下型部材は胴型部材2
0d内に収容されており、該胴型部材に対し上下方向に摺
動可能である。

また、成形室２の上部上にはシリンダ20fが配置され
ており、該シリンダのピストンロッドには上記下軸20c
とほぼ同心状の上軸20gが取付けられている。該上軸は
成形室２内まで延びており、上下移動せしめられる。上
軸20gの下端部には上型部材20hが保持されており、該上
型部材は上記胴型部材20d内に収容されており、該胴型
部材に対し上下方向に摺動可能である。

尚、上記下型部材20eの上端面及び上記上型部材20hの
下端面は成形すべき光学素子の光学機能面形成のための
転写面であり、所望の表面精度に仕上げられている。

上記下軸20c及び上軸20g内にはそれぞれ冷媒流通経路
C₁,C₂が設けられている。また、上記胴型部材20dにはヒ
ータＨが内蔵されている。

第４図は上記プレスステーション20の構成の一部を詳
細に示す概略断面図である。本図において上記第１図〜
第３図におけると同様の部材には同一の符号が付されて
いる。

胴型部材20dの下端面にはリングプレート20iが固定さ
れており、該プレートが押えリング20jにより上記固定
筒20aの上端面に係止せしめられている。また、上記下
型部材20eの下端にはフランジ20kが形成されて下り、そ
の下端面が上記リングプレート20iに対し突き当て可能
であり、これにより下型部材20eの下限位置が設定され
る。

上型部材20hの上端にはフランジ20mが形成されてお
り、上軸20gの下端部に固定された１対のフック20nによ
り上記フランジ20mが係止保持されている。尚、上型部
材20hには上記フランジ20mの直下において肩部20pが形
成されており、該肩部が上記胴型部材20dの上端面に突
き当てられ、これにより上記部材20hの下限位置が設定
される。

尚、胴型部材20dの側面には成形用素材及び成形済光
学素子の出し入れのための開口20qが形成されている。

第５図は上記フック20nによる上型部材20hの係止保持
の様子を示す概略分解斜視図である。即ち、上型部材20
hのフランジ20mには対向する２か所にノッチＮが形成さ
れており、該ノッチを通して上記フック20nの先端を上
方からフランジ下方へと移動させ、次いでほぼ90度回転
させることにより、第２図に示す様な配置を実現するこ
とができる。

第６図は上記胴型部材20d及び上型部材20hのセットを
示す概略斜視図である。

プレスステーション20でのプレスプロセスは、上型部
材20hを上方へと移動させた状態にて成形用素材を胴型
部材20d内で下型部材20eと上型部材20hとの間に配置
し、ヒータＨで加熱しながら上軸20gを下降させ上型部
材20hと下型部材20eとをいずれも上記下限位置まで移動
させて型閉じを行い、所望の寸法にプレスして光学素子
G₂を形成し、その後ヒータＨによる加熱を停止し冷媒流
通経路C₁,C₂に冷媒を流して所望の温度にまで冷却し、
しかる後に上型部材20hを上昇させて型開きを行うこと
によりなされる。尚、この冷却の際に下型部材20eを適
度の圧力で上方へと押圧してヒケ防止が図られる。

以上、プレスステーション20に関し説明したが、上記
プレスステーション18,22,24,26も同様である。

上記移送手段28は、第２図に示されている様に、成形
室２外に配置された回動駆動部28aと、該回動駆動部に
固定され上下方向に上記成形室２内へと延びている回動
軸29bと、該回動軸の上端部に取付けられた水平方向伸
縮駆動部28cと、該駆動部に固定され水平方向に延びて
いる１本のアーム28dと、該アームの先端の下面側に取
付けられた吸着部28eとからなる。該吸着部28eは真空吸
着によるものであり、成形用素材及び成形済光学素子の
上面を吸着保持することができる。また、上記回動軸29
bは上下方向に伸縮可能な内部構造を有している。

従って、上記回動軸28aの上下方向のまわりの回動及
び上下方向の伸縮ならびに上記アーム28dの径方向の伸
縮の動作を組合わせることにより、上記吸着部28eよる
上記中継ステーション12、上記加熱ステーション14,16
及び上記プレスステーション18,20,22,24,26へのアクセ
ス及び移送を実現することができる。

即ち、上記中継ステーション12へのアクセス及び移送
時には、回動軸28bを回動させてアーム28dを中継ステー
ション12の方へと向け、アーム28dを伸長させることに
より、吸着部28eを受台12bの上方に位置させ、しかる後
に上記回動軸28bを短縮させ、受台12b上の成形用素材を
吸着する（または吸着部28eに吸着されていた成形済光
学素子を受台12b上に置く）。そして、上記回動軸28bを
伸長させ、アーム28dを短縮させて、中継ステーション
から退避させる。

上記加熱ステーション14,16へのアクセス及び移送時
には、回動軸28bを回動させてアーム28dを所望の加熱ス
テーションの方へと向け、アーム28dを伸長させること
により、吸着部28eを形状保持用下型部材14b等の上方に
位置させ、しかる後に上記回動軸28bを短縮させ、吸着
部28eに吸着されていた成形用素材を形状保持用下型部
材14b等上に置く（または形状保持用下型部材14b等上の
成形用素材を吸着する）。そして、上記回動軸28bを伸
長させ、アーム28dを短縮させて、加熱ステーションか
ら退避させる。

上記プレスステーション18,20,22,24,26へのアクセス
及び移送時には、回動軸28bを回動させてアーム28dを所
望のプレスステーションの方へと向け、アーム28dを伸
長させることにより、吸着部28eを胴型部材開口20q等か
ら該胴型部材内へと進入させて下型部材20eの上方に位
置させ、しかる後に上記回動軸28bを短縮させ、吸着部2
8eに吸着されていた成形用素材を下型部材20e等上に置
く（または下型部材20e等上の成形済光学素子を吸着す
る）。そして、上記回動軸28bを伸長させ、アーム28dを
短縮させて、プレスステーションから退避させる。

上記入替え室４の上部には、第２図に示されている様
に、シリンダ30が付設されており、該シリンダの上下方
向ピストンロッドの下端部が上記入替え室４内へと延び
ており、その先端には保持フィンガー32が設けられてい
る。該保持フィンガーは成形用素材及び成形済光学素子
を保持することができる。上記シリンダ30及び保持フィ
ンガー32を含んで、入替え室４と中継ステーション12と
の間での成形用素材及び成形済光学素子の搬送手段が構
成される。

上記入替え室４は、成形室２外に配置されている上下
方向回動支柱34に固定されているアーム36の先端に取付
けられており、不図示の回動駆動手段により、第２図に
示される位置と不図示の成形用素材供給部及び成形済光
学素子回収部との間を移動することができる。尚、この
移動はゲートバルブ６が閉じている状態で行われる。

上記入替え室４は不図示の減圧源及び非酸化性ガスた
る窒素ガスの供給源にそれぞれ接続されている。該入替
え室４は上記第２図の位置において外気と遮断可能であ
り、従ってこの位置において内部を減圧して窒素ガス雰
囲気で満たすことができる。そして、該入替え室４内の
保持フィンガー32と上記中継ステーション12との間で成
形用素材及び成形済光学素子を搬送する際には、成形室
２内及び入替え室４内を窒素ガス雰囲気で満たし、ゲー
トバルブ６を開き、保持フィンガー32を下降させ、該保
持フィンガーに保持されていた成形用素材G₁を受台12b
上に置く（または受台12b上の成形済光学素子を保持す
る）。そして、上記保持フインガー32を上昇させて入替
え室４内まで移動させ、しかる後にゲートバルブ６を閉
じる。

次に、上記実施例装置における上記入替え室４と中継
ステーション12との間での成形用素材及び成形済光学素
子の搬送動作ならびに上記移送手段28による成形用素材
及び成形済光学素子の移送の動作の関連について説明す
る。第７図は各部間での成形用素材及び成形済光学素子
の搬送及び移送のタイミングを示すダイヤグラムであ
る。

ここでは、説明を簡単化するために、上記搬送及び移
送の動作に要する時間を無視している。また、入替え室
４へと成形用素材を送入する動作及び該入替え室から成
形済光学素子を回収する動作に要する時間を無視してい
る。

更に、加熱ステーションでの加熱プロセスに要する最
低時間を６分間とし、プレスステーションでのプレスプ
ロセス（該プロセスには、上記の様に、光学素子が型部
材取出し可能となる温度まで冷却するプロセスをも含
む）に要する最低時間を15分間としている。従って、本
実施例では、加熱ステーションでの加熱プロセスに要す
る時間（６分間）を加熱ステーションの数（２）で除し
た数値（３）とプレスステーションでのプレスプロセス
に要する時間（15分間）をプレスステーションの数
（５）で除した数値（６）とが等しく設定されている。

第７図において、入替え室４と中継ステーション12と
の間の縦方向矢印は上記搬送動作を示しており、中継ス
テーション12と加熱ステーション14,16とプレスステー
ション18,20,22,24,26との間の縦方向矢印は上記移送動
作を示しており、上記加熱ステーション14,16及びプレ
スステーション18,20,22,24,26における横方向の矢印は
それぞれ上記加熱プロセス及び上記プレスプロセスを示
している。

先ず、成形用素材（１）を入替え室４から中継ステー
ション12へと搬送し、更に加熱ステーション14へと移送
し、ここで６分間かけて加熱プロセスを行った後に、プ
レスステーション18へのと移送し、ここで15分間かけて
プレスプロセスを行い、ここで得られた光学素子を中継
ステーション12へと移送し、更に入替え室４へと搬送す
る。

この間に、順次、成形用素材（２），（３），
（４），（５）を同様に空き状態の各ステーションへと
移送し、同様に処理する。

続いて、成形用素材（Ｉ），（II），（III），（I
V），（Ｖ）を同様に処理する。この処理は、上記成形
用素材（１）〜（５）の処理と一部並行して実施するこ
とができ、以下同様にして連続的に処理することができ
る。かくして、各加熱ステーションにおける加熱プロセ
ス及び各プレスステーションにおけるプレスプロセスを
十分効率よく行うことができる。

以上の様に、中継ステーションと加熱ステーションと
複数のプレスステーションとを上下方向を中心とする円
周上に配列し該上下方向中心の位置に移送手段を配置
し、、該移送手段により中継ステーションにある成形用
素材を空き状態の加熱ステーションへと移送し加熱ステ
ーションにある成形用素材を空き状態のプレスステーシ
ョンへと移送しプレスステーションにある成形済光学素
子を空き状態の中継ステーションへと移送する様にした
ことにより、小型化及び構造の簡単化が可能であり、更
に各ステーションでのプロセスに要する時間に応じて最
適の効率で成形用素材及び成形済光学素子の移送を行う
ことができるので高速且つ高効率でプレス成形を行うこ
とが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明装置によれば、所定形状の
成形用素材を形状保持のための型部材により保持しなが
ら一旦軟化点温度以上に加熱した後に該軟化点温度未満
の成形可能温度にて成形用型部材を用いてプレス成形す
ることにより、成形用素材の強度を向上させて、成形用
型部材との融着やワレ等の不具合を生じにくくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学素子の製造装置の一実施例の
概略構成を示す横断面模式図であり、第２図及び第３図
はそれぞれそのII−II断面模式図及びIII−III断面模式
図である。 第４図はプレスステーションの構成の一部を詳細に示す
概略断面図である。 第５図は上型部材の係止保持の様子を示す概略分解斜視
図である。 第６図は胴型部材及び上型部材のセットを示す概略斜視
図である。 第７図は成形用素材及び成形済光学素子の搬送及び移送
のタイミングを示すダイヤグラムである。 2:成形室、4:入替え室、 6:ゲートバルブ、 12:中継ステーション、 14,16:加熱ステーション、 14b:加熱時形状保持用下型部材、 14e:加熱時形状保持用上型部材、 18,20,22,24,26:プレスステーション、 20d:胴型部材、20e:下型部材、 20h:上型部材、 28:移送手段、 28d:アーム、28e:吸着部、 32:保持フィンガー、 G₁:成形用素材、G₂:成形済光学素子。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成形用素材をプレスして光学素子を製造す
   る方法において、 製造すべき光学素子の形状に近似する形状に予備成形さ
   れた成形用素材を該成形用素材と同等のキャビティを形
   成し得る加熱時形状保持用型内に収容して軟化点以上の
   温度に加熱し、上記成形用素材を上記加熱時形状保持用
   型内に収容したままで軟化点未満且つガラス転移点以上
   の温度にまで冷却し、その後上記成形用素材を上記加熱
   時形状保持用型から取り出してプレス成形用型内へと移
   送し、該プレス成形用型を用いて上記成形用素材を軟化
   点未満且つガラス転移点以上の温度でプレス成形するこ
   とを特徴とする、光学素子の製造方法。
2. 【請求項２】上記請求項１に記載の方法を実施するため
   の装置であって、製造すべき光学素子の形状に近似する
   形状のキャビティを形成し得る加熱時形状保持用型と、
   該加熱時形状保持用型を加熱する加熱手段と、上記プレ
   ス成形用型と、上記加熱時形状保持用型から上記プレス
   成形用型へと成形用素材を移送する手段とを有すること
   を特徴とする、光学素子の製造装置。