JP3222534B2 - 光学素子の成形装置及び成形方法 - Google Patents

光学素子の成形装置及び成形方法

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JP3222534B2 JP08883692A JP8883692A JP3222534B2 JP 3222534 B2 JP3222534 B2 JP 3222534B2 JP 08883692 A JP08883692 A JP 08883692A JP 8883692 A JP8883692 A JP 8883692A JP 3222534 B2 JP3222534 B2 JP 3222534B2
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    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
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  • Organic Chemistry (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【利用分野】本発明は、レンズ、プリズム等の光学素子
を押圧成形によって成形する成形装置及び成形方法に関
する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】光学素子を製造する方法と
しては、従来、種々の材料から成る成形型に光学素子の
設計に応じた有効成形面を形成し、光学素子材料を加熱
軟化させ、上型と下型から成る一対の成形型と胴型の間
で押圧し、有効成形面に応じた所定の形状に成形する押
圧成形法が知られている。しかしながら、この方法で
は、下型上に光学素子材料を載せ、その上に上型及びさ
らにはシリンダーを載せた状態で光学素子材料の加熱を
開始するので、光学素子材料がまだ硬い状態のときに上
型及びシリンダーの荷重によって上型及び下型の成形面
に傷が付くことがあった。
【0003】また、成形型の加熱については、シリンダ
ー内に内蔵したヒーターで加熱する方式、シリンダーの
先に押圧板又は押圧棒を取り付け、その押圧板又は押圧
棒にヒーターを取り付けて加熱する方式及び成形型の側
面から加熱する方式が知られている。しかしながら、シ
リンダー内蔵ヒーターで加熱する方式では、下型にはヒ
ーターの熱が直接伝わるが、上型はシリンダーと離れて
いるため間接的にしか熱が伝わらないので、上下の型の
温度が等しくならず、また、側面から加熱する方式で
は、下型と接しているシリンダーから伝熱により熱が逃
げるため、やはり上下の型の温度を等しくすることが困
難であり、成形品への悪影響を回避するためには昇温速
度や降温速度を低く抑えざるを得なかった。
【0004】
【発明の目的】本発明は、成形型の有効成形面に傷を付
けることなく、成形型、ひいては光学素子材料を均等に
加熱あるいは冷却しうる光学素子の成形装置及び成形方
法を提供することを目的とする。
【0005】
【発明の構成】本発明は、胴型の片方の端面に穴又は溝
を設け、この穴又は溝内にスプリングを設置し、このス
プリングによって上型の荷重を支持させることによって
上記目的を達成したものである。
【0006】すなわち、本発明による光学素子の成形装
置は、光学素子材料を加熱軟化させて上型、下型及び胴
型の間で押圧成形することにより光学素子を成形する成
形装置において、胴型の端面に1個以上の穴又は溝を設
け、該穴又は溝内に上型を上方に付勢するスプリングを
設置し、該スプリングが押圧成形時には穴又は溝内に完
全に収まるばね力及び高さを有していて押圧成形時には
上型が胴型端面に当接することを特徴とする。
【0007】さらに、本発明による光学素子の成形方法
は、上記成形装置の下型上に光学素子材料を載せ、上型
の重量をスプリングで支えた状態でセットし、光学素子
材料を加熱軟化させ、上型をスプリングを縮めながら押
圧し、スプリングが穴又は溝内に完全に収まり、上型が
胴型端面に当接するまで押圧することにより押圧成形す
ることを特徴とする。
【0008】次に、本発明による光学素子の成形装置に
ついて説明する。上型及び下型の素材及び構造について
は、特に制限はなく、従来公知の任意の素材及び構造で
あってよく、例えば、母材の成形面の表面が種々のセラ
ミックスや、金、白金、白金族金属を始めとする貴金属
の薄膜で被覆されたもの、特開平3−237024号公
報に記載されているようなものなどが好適である。
【0009】また、胴型は、上型及び下型と同一の素材
から成るのが好ましいが、他の素材から構成されていて
もよい。本発明の成形装置においては、胴型の片方の端
面には穴又は溝が1個以上設けられ、該穴又は溝内に上
型を上方に付勢するスプリングが設置される。ここで、
穴又は溝の深さは、支持すべき上型の重量、用いるスプ
リングのばね力及び高さと相関して決定される。すなわ
ち、スプリングは(設置された数で)上型の重量を支持
でき、押圧成形時には穴又は溝内に完全に収まるばね力
及び高さを有するものを用いる。そのため、穴又は溝の
深さは、スプリングの密着高さ以上の深さとし、スプリ
ングの自由高さより浅くする。また、穴又は溝の深さ
を、押圧成形時にはスプリングの全長を収容できるよう
に決定することにより、成形品の肉厚の精密な制御を図
ることができる。
【0010】上記のように胴型の端面に設けた穴又は溝
にスプリングを設置して上型の重量を支持できるように
構成されているため、本発明の成形装置を用いて光学素
子を成形するに当たり、光学素子材料を下型上に載せ、
上型の重量をスプリングで支えた状態(上型は光学素子
材料に接触しないか、又は接触してもその荷重がかから
ない状態)でセットし、上型の重量が光学素子材料、さ
らには下型にまで及ばない状態で光学素子材料を加熱軟
化させることができる。このとき、シリンダー先端の押
圧面を上型裏面に接触させておき、均一な加熱を確保す
ることができる。光学素子材料が軟化したら押圧成形工
程を行う。その際にシリンダーの押圧によりスプリング
を縮めながら上型を降下させて押出成形を行うが、最終
的にスプリングが完全に穴又は溝中に収まるようにす
る。
【0011】次に、図面を参照して本発明をさらに詳細
に説明する。図1は、本発明による成形装置の成形部を
光学素子材料の成形前の状態で示す説明図である。図1
において、上型1及び下型2の母材の有効成形面には、
薄膜3が被着されている。4は胴型であり、5は成形品
の肉厚調整部材である。上型1及び下型2の母材の有効
成形面は、超精密旋盤等の工作機械を用いて削った後、
ダイヤモンドペースト研磨材等を用いて表面粗さRmax
が0.02μm以下になるまで研磨され、次いで、スパッ
タリング法、イオンプレーティング法、化学的気相成長
(CVD)法など、任意の方法で成形型の有効成形面と
表面形状が実質的に同一の薄膜3を被着することができ
る。
【0012】本発明の成形装置においては、胴型4の端
面に穴11が設けられ、この穴11の中に上方、すなわ
ち胴型から離れる方向に付勢するスプリング12が設置
されている。穴11の深さは、支持すべき上型1の重
量、用いるスプリング12のばね力及び高さと相関して
決定され、スプリングの密着高さ以上の深さとし、スプ
リングの自由高さより浅くし、押圧成形時にはスプリン
グの全長を収容できるように決定する。穴11の数は、
上型1の重量、用いるスプリング12のばね力などを考
慮して決定することができるが、安定性などを考慮して
胴型4に等間隔で設けるべきである。
【0013】上記の構成によりスプリング12で上型1
が支持されているため、上型1の重量が光学素子材料
6、さらには下型2に及ぶことはない。下型2上に光学
素子材料6を載せただけであれば、低荷重であり、上型
1及び下型2上の薄膜3を傷つけることはない。また、
型表面を傷つけずにシリンダー8を上型1と接触させて
おくこともできる。
【0014】図2は、図1に示した成形装置で押圧成形
中の成形部の状態を示す説明図である。図1に示したよ
うに上型1及び下型2と胴型3との間に置かれた光学素
子材料6を、図2に示したように、ヒーター7によって
加熱軟化させる。加熱温度は、熱電対10によって測定
される。高温時には、酸化による型部材の劣化を防ぐた
め雰囲気ガス供給口9から不活性ガス、例えば窒素ガス
を供給することができる。光学素子材料6が軟化した
ら、シリンダー8を降下させて所望の圧力でスプリング
12を縮めながら押圧し、成形する。このとき、最終的
に穴11内にスプリング12が収容されるのが好まし
い。
【0015】その後、徐冷し、成形部の温度が光学素子
材料6の転移点より低くなったときに圧力を除き、成形
品を取り出すことができる。こうして、同じ成形型を極
めて多数回繰り返し用いても、傷のない光学素子を製造
することができる。
【0016】図3は、本発明の別の実施態様を示す成形
装置の成形部を押圧成形中の状態で示す説明図であり、
図4は、図3のA−A断面図(スプリングは省略した)
である。図3に示した装置は、シリンダー8内にヒータ
ー7を内蔵していること及び胴型4の端面に溝13を設
け、その中に該溝13の内径に相当する部分をスプリン
グの空芯部とする1個のスプリング14を設置した点で
図1に示した成形装置と相違する。この実施態様におい
ても、同様に上型1の荷重が下型2の有効成形面を傷つ
けず、成形型の均等化が達成され、不良品を生ずること
なく、多数の光学素子を成形することができる。
【0017】さらに、本発明の成形装置において、上記
のいずれの実施態様においても、型に接触する部分、つ
まり上部シリンダーの先端や型設置台にヒーター板又は
冷却機能を備えた部材を取り付ければ、上、下型の均熱
化を達成できるばかりでなく、昇温又は降温速度を大幅
に向上させることができる。
【0018】
【発明の実施例】次に、実施例に基づいて本発明をさら
に具体的に説明するが、本発明はこれによって制限され
るものではない。
【0019】実施例1 図1に示した成形装置において、上型及び下型の母材で
あるタングステンカーバイドWCを超精密旋盤で所望の
非球面形状に削った後、ダイヤモンドペースト研磨材を
用いて表面粗さRmax =0.02μm以下になるように研
磨し、この表面に耐酸化性及び耐ヌレ性を目的としてス
パッタリングにより白金膜を1μmの厚さに形成し、成
形型とした。
【0020】胴型は、成形型母材と同じWCを用い、片
方の端面にスプリングを設置するための穴を120°等
分に3個設けた。穴の深さは、11mmとした。この穴に
ばね定数 0.14kgf/mm、自由高さ16mm、密着高さ7.
4mmのステンレス製スプリングを設置した。
【0021】セットするため、まず、下型と胴型を組
み、下型上に球形に加工した光学素子材料F2ガラス
(小原光学ガラス社製)を載せ、上型を胴型内に入れ、
スプリングで支えさせた。その後、シリンダーを押圧面
が上型の裏面に接触するまで降下させた。
【0022】次いで、ヒーターにより500℃まで加熱
した。温度は熱電対によって測定した。高温時には、酸
化による型及び成形部材の劣化を防止するため、雰囲気
ガス供給口により窒素ガスを流入させた。成形型の温度
が500℃に達した時点でシリンダーを更に降下させ、
光学素子材料であるF2ガラスを約100kg/cm2 の圧
力で押圧成形した。このとき、スプリングは縮んで完全
に穴中に収容されるため、成形品の肉厚も精密に制御可
能である。
【0023】その後、徐冷し、成形部の温度が光学素子
材料の転移点を下回った400℃になった時点で圧力を
除き、シリンダーを上昇させ、取り出し可能な温度まで
冷却した後、成形品を取り出した。
【0024】得られた成形品は、常に上型及び下型の均
熱化が達成されたため、歪みがなく、また、成形型の表
面が傷つくことないため、10000回繰り返し使用し
ても良好な成形品が得られた。
【0025】実施例2 この実施例では、図3に示した構造のヒーター内蔵型シ
リンダーを有する成形装置を用いた。胴型に内径18m
m、外径26mm、深さ20mmの溝を設け、この中にスプ
リングを設置した。使用したスプリングは、外径24mm
で、線径2.3mm、ばね定数0.5kgf/mm、自由高さ30
mm、密着高さ14mmのものであった。この成形装置を用
いた以外は、実施例1と同じ条件でF2ガラスを成形し
たところ、実施例1と同様に繰り返し使用して良好な成
形品が得られた。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、上型の重量をスプリン
グで支持することができるので、押圧成形前の光学素子
材料が硬い状態のときでも、上型の荷重によって下型の
有効成形面を傷つけることがない。また、上型にシリン
ダー先端の押圧面を接触させておくことができるので、
熱の流れが上型においても下型と同等になり、上、下型
の均熱化が達成され、成形品に歪みが発生しない。さら
に、型に接触する部分、つまり上部シリンダーの先端や
型設置台にヒーター板又は冷却機能を備えた部材を取り
付ければ、上、下型の均熱化を達成できるばかりでな
く、昇温又は降温速度を大幅に向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様を示す成形装置の成形部を
押圧成形前の状態で示す説明図である。
【図2】図1に示した成形装置の成形部を押圧成形中の
状態で示す説明図である。
【図3】本発明の別の実施態様を示す成形装置の成形部
を押圧成形中の状態で示す説明図である。
【図4】図3のA−A線断面図(スプリング省略)であ
る。
【符号の説明】
1 上型 2 下型 3 薄膜 4 胴型 5 肉厚調整部材 6 光学素子材料 7 ヒーター 8 シリンダー 9 雰囲気ガス供給口 10 熱電対 11 穴 12 スプリング 13 溝 14 スプリング
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 11/00 - 11/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学素子材料を加熱軟化させて上型、下
    型及び胴型の間で押圧成形することにより光学素子を成
    形する成形装置において、胴型の端面に1個以上の穴又
    は溝を設け、該穴又は溝内に上型を上方に付勢するスプ
    リングを設置し、該スプリングが押圧成形時には穴又は
    溝内に完全に収まるばね力及び高さを有していて押圧成
    形時には上型が胴型端面に当接することを特徴とする光
    学素子の成形装置。
  2. 【請求項2】 穴又は溝の深さが、スプリングの密着高
    さより深く、スプリングの自由高さより浅い請求項1記
    載の光学素子の成形装置。
  3. 【請求項3】 光学素子材料を加熱軟化させて上型、下
    型及び胴型の間で押圧成形することにより光学素子を成
    形する方法において、請求項1記載の成形装置の下型上
    に光学素子材料を載せ、上型の重量をスプリングで支え
    た状態でセットし、光学素子材料を加熱軟化させ、上型
    をスプリングを縮めながら押圧し、スプリングが穴又は
    溝内に完全に収まり、上型が胴型端面に当接するまで押
    圧することにより押圧成形することを特徴とする光学素
    子の成形方法。
  4. 【請求項4】 押圧成形時以外の工程でも、シリンダー
    先端の押圧面を上型裏面と接触させておく請求項記載
    の光学素子の成形方法。
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