JP3869231B2 - プレス成形装置及び光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予備成形したガラス素材を加熱軟化した状態でプレス成形して所定の形状を付与するプレス成形装置及び光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学レンズ等の製造分野では、表面研磨を行わずに高精度のレンズ形状を得るため、ガラス素材を予め成形したプリフォームを用意し、このプリフォームを加熱軟化させたのち、高精度な成形面を持つ成形型を用いてプレス加工する方法が提案されている（特開２００１−１０８２９号等）。
【０００３】
図７は、この種のプレス加工に用いられるプレス成形装置の基本構成を示すものである。図７に示したプレス成形装置は、上型５０２及び下型５０４よりなる成形型を備えている。上型５０２及び下型５０４は、いずれも、図中左右方向に長い長尺形状を有しており、支持体５０６，５０８によってそれぞれ支持されている。上型の支持体５０６は、固定軸５１０に取り付けられており、下側の支持体５０８はモータ機構等の駆動軸５１２に取り付けられている。上型５０２及び下型５０４の各対向面には、プリフォームにレンズ形状を付与するための複数の成形部５１４，５１６が形成されている。上型５０２及び下型５０４の間には、予め所望の形状に成形されたプリフォームが、図示しない加熱装置により１０5.5〜１０9ポアズの粘度に相当する温度に加熱された状態で搬送される。上型５０２及び下型５０４の周囲には、これらを加熱するための誘導加熱コイル５１８，５２０が設けられている。予め加熱された上型５０２及び下型５０４により軟化状態のプリフォームを挟み込んで加圧することにより、プリフォームに高精度の加工面が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上型５０２及び下型５０４は一方向に長い形状を有しているため、高周波誘導加熱により全体を均一に加熱することが難しいという問題がある。又、上型５０２及び下型５０４における温度分布を均一にするためには、上型５０２及び下型５０４をそれぞれ長手方向に分割することも考えられるが、分割された型が角（かど）を有していると、その角の部分が誘導加熱されやすくなり、却って温度差が大きくなるという問題がある。
【０００５】
従って本発明の目的は、成形型における温度分布を均一にすることができるプレス成形装置及び光学素子の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、相対する複数の成形面で、複数の被成形体を同時にプレス成形することにより複数の光学素子を得るプレス成形装置であって、前記複数の成形面が一列になるように複数の成形型を配置してなり、該複数の成形型の隣り合う側の角を取ってなる成形型セットと、前記成形型セットの周囲に設けられて、前記複数の成形型の全てを囲むように巻回され、高周波誘導加熱により前記複数の成形型を一括して加熱する誘導加熱コイルと、を備えて構成される。
【０００７】
このように、成形型セットを複数の成形型により構成すると共に、これら成形型の隣り合う側の角を取ることにより、高周波誘導加熱により過昇温しやすい角の部分を無くし、成形型における温度分布をより均一にすることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記複数の成形型をそれぞれ支持する複数の支持軸と、前記複数の支持軸を介して前記複数の成形型をそれぞれ開閉するように移動する駆動軸と、をさらに備えて構成してもよい。
【０００９】
尚、本発明においては、前記成形型の角に対応する部分を面取りすることが好ましい。あるいは、前記成形型の角に対応する部分を曲面又は鈍角としてもよい。
【００１０】
本発明は、又、相対する複数の成形面で、複数の被成形体を同時にプレス成形することにより複数の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、前記複数の成形面が一列になるように複数の成形型を配置してなり、該複数の成形型の隣り合う側の角を取ってなる成形型セットを用意する工程と、前記成形型セットの周囲に設けられて、前記複数の成形型の全てを囲むように巻回された誘導加熱コイルを用いて、高周波誘導加熱により前記成形型セットの前記複数の成形型を一括して加熱する工程と、前記複数の被成形体を前記成形型セットの前記相対する成形面でプレス成形する工程と、プレス成形された光学素子を取り出す工程と、を含むものである。
【００１１】
尚、本発明においては、前記各被成形体を、前記成形型よりも高い温度に加熱軟化したのち、前記成形型セットの前記相対する成形面の間に供給することが好ましい。この場合、前記各被成形体を、１０9ポアズ未満の粘度に相当する温度に加熱軟化したのち、前記成形型セットの前記相対する成形面の間に供給することが特に好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施形態に基いて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るプレス成形装置の要部構造を示す断面図である。このプレス成形装置は、ガラス素材を予め扁平な球形状に成形した被成形体としてのプリフォームを用いて、例えば直径１７ｍｍの中口径レンズを成形するものである。図１に示したように、このプレス成形装置は、上型１０２及び下型１０４よりなる成形型セットを備えている。上型１０２及び下型１０４は、いずれも図中左右方向に長い長尺形状を有しており、例えばタングステン合金により構成されている。上型１０２及び下型１０４の周囲には、それぞれ誘導加熱コイル１２２，１２４が設けられている。これら誘導加熱コイル１２２，１２４は、高周波誘導加熱により、上型１０２及び下型１０４をそれぞれ加熱するものである。
【００１３】
上型１０２は、左右一対の成形型である上成形型１０２ａ，１０２ｂからなっており、下型１０４は、左右一対の成形型である下成形型１０４ａ，１０４ｂからなっている。上成形型１０２ａ，１０２ｂと下成形型１０４ａ，１０４ｂとは鉛直方向において互いに対向し合っている。上成形型１０２ａ，１０２ｂの上面には、支持板１０６ａ，１０６ｂがそれぞれ固定されており、支持板１０６ａ，１０６ｂの上面には上支持軸１１０ａ，１１０ｂがそれぞれ取り付けられている。上支持軸１１０ａ，１１０ｂは、共通の台座１１４を介して、固定軸１１８に取り付けられている。一方、下成形型１０４ａ，１０４ｂの下面には、支持板１０８ａ，１０８ｂがそれぞれ固定されており、支持板１０８ａ，１０８ｂの下面には下支持軸１１２ａ，１１２ｂがそれぞれ取り付けられている。下支持軸１１２ａ，１１２ｂは、共通の台座１１６を介して、駆動軸１２０に取り付けられている。駆動軸１２０は、ＡＣサーボモータを備えた駆動機構により鉛直方向に直進駆動されるものであり、その軸心１２０ａは、上型１０２及び下型１０４の各長手方向中心に対応している。駆動軸１２０が鉛直方向に移動すると、上型１０２と下型１０４との開閉が行われる。
【００１４】
図２は、下型１０４（下成形型１０４ａ，１０４ｂ）及びその周囲の誘導加熱コイル１２４を上方から見た平面図である。上型１０２（上成形型１０２ａ，１０２ｂ）の平面形状は下型１０４と同様なので、図示を省略する。下成形型１０４ａ，１０４ｂは、下型１０４の長手方向における中心位置Ｏを挟んで互いに対称な形状を有している。下成形型１０４ａは、長手方向に延びる２つの長辺２０２と、長辺２０２に直交する（かつ中心位置Ｏに最も近い）内側短辺２０４と、内側短辺２０４に対向する（かつ中心位置Ｏから最も離れた）外側短辺２０６とを有している。外側短辺２０６は、２つの長辺２０２の間隔（すなわち、上成形型１０２ａの幅）の１／２と等しい半径を有する半円の円周を構成している。もう一方の下成形型１０４ｂは、中心位置Ｏを挟んで、下成形型１０４ａと対称な形状を有している。下成形型１０４ａの内側短辺２０４と、下成形型１０４ｂの内側短辺２０４との間には、０．５ｍｍ〜３ｍｍの間隔が設けられていることが好ましい。
【００１５】
誘導加熱コイル１２４は、下成形型１０４ａ，１０４ｂの両方を囲むよう、これら下成形型１０４ａ，１０４ｂの外周に倣った形状に巻回されている。尚、上成形型１０２ａ，１０２ｂの周囲に設けられた誘導加熱コイル１２２も、誘導加熱コイル１２４と同様の平面形状を有している。
【００１６】
下成形型１０４ａの上面には、プリフォームにガラス製品の形状を与える３つの成形面２００が形成されており、下成形型１０４ｂの上面にも、同様の３つの成形面２００が形成されている。これら６つの成形面２００は、下成形型１０４ａ，１０４ｂの幅方向中心を規定する中心線Ｍ上に一列に配列されている。これら６つの成形面２００においてプリフォームを加圧する面を、成形面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとする。
【００１７】
下成形型１０４ａ，１０４ｂは、隣り合う側の角を取った形状となっている。これは、角のある部分は、高周波誘導加熱を受けるとその部分が昇温しすぎる傾向があるため、角を取ることにより、下成形型１０４ａ，１０４ｂにおける温度分布を均一にするためである。具体的には、下成形型１０４ａ，１０４ｂの内側短辺２０４と長辺２０２との間のコーナー部分は曲面Ｒとなっている。この曲面Ｒは、下型１０４の幅Ｗの半分（Ｗ／２）未満の曲率半径を有する円弧であることが好ましい。尚、曲面形状Ｒの代わりに、面取りしてもよいし、コーナー部分を鈍角にしてもよい。あるいは、下成形型１０４ａ，１０４ｂの内側短辺２０４を曲面形状としてもよい。
【００１８】
下成形型１０４ａ，１０４ｂにおける成形面Ａ〜Ｆの配列は以下のとおりである。すなわち、成形面Ａ，Ｂの間隔（配設ピッチ）ｄ１、成形面Ｂ，Ｃの間隔ｄ２、成形面Ｄ，Ｅの間隔ｄ４及び成形面Ｅ，Ｆの間隔ｄ５は、互いに略同じである。加えて、成形面Ａと外側短辺２０６との間隔ｄ０、及び成形面Ｆと外側短辺２０６との間隔ｄ６も、上記間隔（ｄ１等）と同じである。これに対し、中心位置Ｏを挟んで隣り合う成形面Ｃ，Ｄの間隔ｄ３は、上記間隔（ｄ１等）よりも大きく設定されている。又、成形面Ｃから内側短辺２０４までの最短距離ｄ７は、成形面Ｃから長辺２０２までの最短距離ｄ８と略同じであり、同様に、成形面Ｄから内側短辺２０４までの最短距離は、成形面Ｄから長辺２０２までの最短距離と略同じである。ｄ０〜ｄ８をこのように設定したのは、高周波誘導加熱の際の成形面Ａ〜Ｆにおける温度差をできるだけ小さくするためである。
【００１９】
尚、上述した下支持軸１１２ａ（図１）の水平面内における位置は、下成形型１０４ａの成形面Ａ〜Ｃの配列方向における中心位置（すなわち、成形面Ｂ）と対応している。同様に、下支持軸１１２ｂ（図１）の水平面内における位置は、下成形型１０４ｂの成形面Ｄ〜Ｆの配列方向における中心位置（すなわち、成形面Ｅ）と対応している。これは、成形面Ａ〜Ｆにおいてプリフォームにかかる圧力を均等にするためである。同様に、上支持軸１１０ａ，１１０ｂの水平面内における位置は、上成形型１０２ａ，１０２ｂの各中心位置にそれぞれ対応している。
【００２０】
尚、下成形型１０４ａ，１０４ｂの中心位置Ｏ側の領域は、他の領域よりも温度が上昇し易い傾向があるため、この領域を局所的に空冷する空冷装置を設け、下成形型１０４ａ，１０４ｂの温度分布の均一化を図ることが好ましい。上成形型１０２ａ，１０２ｂについても、同様の空冷装置を設けることが好ましい。
【００２１】
次に、本実施の形態に係るレンズ（ガラス光学素子）の製造方法について説明する。まず、誘導加熱コイル１２２，１２４の高周波誘導加熱により、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂを加熱する。次いで、予め扁平球形状に予備成形されたプリフォームを、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂよりも高い温度に予備加熱した状態で、図示しない搬送アームを用いて、下成形型１０４ａ，１０４ｂ上に供給する。プリフォームを下成形型１０４ａ，１０４ｂ上に供給する際には、図示しない位置決め装置を用いてプリフォームを下成形型１０４ａ，１０４ｂの成形面Ａ〜Ｆ上に位置決めしつつ落下供給する。そののち、駆動軸１２０を上昇させ、上支持軸１１０ａ，１１０ｂと下支持軸１１２ａ，１１２ｂとを介して、上成形型１０２ａ，１０２ｂと下成形型１０４ａ，１０４ｂとを閉じる。これにより、上成形型１０２ａ，１０２ｂと下成形型１０４ａ，１０４ｂとの間で６個のプリフォームをプレスして所望の形状のレンズを成形する。プリフォームのプレスが完了すると、駆動軸１２０を下降させ、上型１０２及び下型１０４を開放させる。ついで、図示しない取出し装置により、下型１０４上に残った６個のレンズを吸着して取り出す。これにより、高精度に面加工されたレンズが得られる。
【００２２】
次に、本実施の形態において、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂの角を取ったことによる効果について説明する。図３には、本実施の形態における下成形型１０４ａ，１０４ｂについて、幅方向中心を規定する中心線Ｍに沿った各位置における温度分布の測定結果を示す。なお、温度分布は、平均温度からの偏差で表す。比較のため、図４には、下成形型１０４ａ，１０４ｂの角を取らなかった場合（隣り合う側に直角コーナーを設けた場合）の温度分布の測定結果を示す。図４に示したように、角を取らなかった場合には、下成形型１０４ａ，１０４ｂの中心位置Ｏ寄りの領域が他の領域よりも高温になっており、全体で約３０℃の温度差がある。これは、高周波誘導加熱の際、角の部分に熱が集中しやすくなるためと考えられる。これに対し、本実施の形態では、図３に示したように、下成形型１０４ａ，１０４ｂの全体の温度差は約１０℃と極めて小さい。これは、角を取ったことにより、高周波誘導加熱の際の熱の局所的な集中を回避したためと考えられる。
【００２３】
尚、下成形型１０４ａ，１０４ｂのコーナー部分を曲面Ｒとする代わりに面取りした場合、あるいは鈍角とした場合にも、温度分布を改善する効果がある。又、上成形型１０２ａ，１０２ｂについては説明を省略するが、下成形型１０４ａ，１０４ｂと同様、角を取った形状としたことによる温度分布の改善効果がある。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態に係るプレス成形装置によれば、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂの隣り合う側の角をなくしたので、高周波誘導加熱の際に局所的に昇温しやすい部分を無くすことができ、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂにおける温度分布を確実に均一化することができる。
【００２５】
更に、上成形型１０２ａ，１０２ｂを上支持軸１１０ａ，１１０ｂで支持し、下成形型１０４ａ，１０４ｂを下支持軸１１２ａ，１１２ｂで支持するようにしたので、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂのプレス条件（プレス圧力等）を均等にすることができる。又、上支持軸１１０ａ，１１０ｂを共通の固定軸１１８に取り付け、下支持軸１１２ａ，１１２ｂを共通の駆動軸１２０に取り付けたので、一つの駆動機構で正確なプレス加工を行うことができる。
【００２６】
加えて、上支持軸１１０ａ，１１０ｂが上成形型１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの中央部を支持し、下支持軸１１２ａ，１１２ｂが下成形型１０４ａ，１０４ｂのそれぞれの中央部を支持するようにしたので、各成形面Ａ〜Ｆのプリフォームに与える圧力を均等にすることができる。
【００２７】
更に、上成形型１０２ａ，１０２ｂの間に０．５〜３ｍｍの間隔を設けるようにしたので、上成形型１０２ａ，１０２ｂの相互干渉を無くし、良好なプレス加工を行うことができる。同様に、下成形型１０４ａ，１０４ｂの間に０．５〜３ｍｍの間隔を設けるようにしたので、下成形型１０４ａ，１０４ｂの相互干渉を無くし、良好なプレス加工を行うことができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は、第２の実施の形態に係るプレス成形装置の要部構造を示す断面図である。本実施の形態のプレス装置は、長尺形状の母型６００と、この母型６００により上下動可能に支持された４組の上型部材６０２及び下型部材６０４とからなる成形型６０を２つ用いた成形型セットを備える。図５では、２つの成形型６０のうち１つのみを示す。各成形型６０は、上型部材６０２及び下型部材６０４がそれぞれ一列に配列されるよう構成されている。更に、２つの成形型６０は、上型部材６０２及び下型部材６０４がそれぞれ一列に配列されるように（図５において左右方向に並んで）配置されている。この成形型セットの周囲には、当該成形型セットの外周にほぼ沿った略楕円形状に巻回する図示しない誘導加熱コイルが設けられている。
【００２９】
上型部材６０２及び下型部材６０４は、超硬合金製であり、成形面（プリフォームＰを加圧する面）には貴金属合金薄膜が被服されている。母型６００はタングステン合金製であり、超硬合金より僅かに大きい熱膨張係数を有する。各成形型６０は、トレー６０６に支持され、鉛直方向に駆動される下支持軸６１２の上端に取り付けられる。下支持軸６１２の上方には、固定された軸である上支持軸６１０が設けられている。下支持軸６１２を上昇させることにより、上型部材６０２が上支持軸６１０のヘッド（下端面）に当接し、これにより上型部材６０２と下型部材６０４との間でプレスが行われる。
【００３０】
２つの成形型６０の平面形状は、図３に示した下成形型１０４ａ，１０４ｂと同様である。すなわち、２つの成形型６０は、隣り合う側の角を取った形状となっている。
【００３１】
実施例として、このプレス成形装置により、バリウムホウケイ酸ガラス（転移点１１２℃、屈伏点５４５℃）の球状プリフォームＰを用いて、外形１５ｍｍの両凸レンズを成形した。具体的には、球状プリフォームＰを、母型６００の上型部材６０２と下型部材６０４との間にセットし、この母型６００をトレー６０６に載置して、不活性雰囲気に保たれた成形チャンバ（図示せず）内に入れ、下支持軸６１２（図１）上にトレー６０６を配置した。そののち、下支持軸６１２を上昇させ、成形型６０が誘導加熱コイルの内側に位置するようにし、誘導加熱コイルに高周波電流を流して母型６００を誘導加熱した。このとき、下側の成形面（下型部材６０４の上面）の温度を、下型部材６０４に挿入した型測温用熱電対により測定し、上側の成形面（上型部材６０２の下面）の温度を、上型部材６０２に挿入した型測温用熱電対により測定した。その結果、誘導加熱中の下側の成形面及び上側の成形面の温度偏差は、±１０℃以下であった。次いで、誘導加熱コイルにより、プリフォームを５９６℃（ガラス粘度が１０9ポアズに相当する温度）に加熱したのち、下支持軸６１２を更に上昇させ、上型部材６０２の上面を上支持軸６１０のヘッドに当接させることにより、軟化したプリフォームＰをプレスした。そののち、成形されたレンズの温度がガラス転移温度以下になるまで冷却したのち、下支持軸６１２を下降させ、成形されたレンズを成形型と共に取り出した。その結果、いずれのレンズも、偏った伸び方をすることがなく、アスの少ない面精度の良好なレンズが得られた。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係るプレス成形装置の要部構造を示す側断面図である。本実施の形態に係るプレス成形装置は、長尺形状の上母型８０２及び下母型８０４にそれぞれ４組の上型部材８１２及び下型部材８１４を備えて構成した成形型８０を２つ用いた成形型セットを備える。図６では、２つの成形型８０のうち１つのみを示す。各成形型８０は、成形面が一列に配置されるように、上型部材８１２及び下型部材８１４がそれぞれ一列に配列されるよう構成されている。更に、２つの成形型８０からなる成形型セットは、上型部材８１２及び下型部材８１４がそれぞれ一列に配列されるように（図６では左右方向に並んで）配置されている。この成形型セットを囲むように、図示しない誘導加熱コイルが、当該成形型セットの外形にほぼ沿った略楕円形状に巻回している。上母型８０２は、固定された軸である上支持軸８０６により支持され、下母型８０４は、鉛直方向に駆動される下支持軸８０８に固定されている。
【００３３】
上型部材８１２の外周には、下型部材８１４と狭いクリアランスで嵌合して滑動することによりレンズの上下面の軸ずれを防止するスリーブ８１６が設けられている。上母型８０２には、ガイドピン８１８が突設され、下母型８０４には、ガイドピン８１８に係合するガイド孔８２０が形成されている。上母型８０２及び下母型８０４はタングステン合金により構成されている。上型部材８１２、下型部材８１４及びスリーブ８１６は、焼結炭化ケイ素の表面にＣＶＤにより形成された炭化ケイ素により構成されている。
【００３４】
２つの成形型８０の平面形状は、図３に示した下成形型１０４ａ，１０４ｂと同様である。すなわち、２つの成形型８０は、隣り合う側の角を取った形状となっている。
【００３５】
実施例として、このプレス成形装置により、バリウムホウケイ酸ガラス（転移点１１２℃、屈伏点５４５℃）をプレスして外形１５ｍｍの両凸形状のレンズ（１面が球面、他の１面が非球面）を成形した。具体的には、扁平球形状に熱間成形された表面欠陥の無いプリフォームを４７０℃に予熱し、これら４個のプリフォームを、約４７０℃に予熱された下母型８０４の４個の下型部材８１４上に供給した。そののち、直ちに、下母型８０４を上昇させて、予め４７０℃に予熱された上母型８０２に組み込んだ。このとき、ガイドピン８１８とガイド孔８２０とを係合させ、各スリーブ８１６が各下型部材８１４に嵌合させた。誘導加熱コイルの高周波誘導加熱により上下の母型８０２，８０４を加熱し、プリフォームを５９６℃（プリフォームの粘度が１０8ポアズになる温度）とした。このとき、下側の成形面（下型部材８１４の上面）及び上側の成形面（上型部材８１２の下面）における温度偏差を型温測定用熱電対を用いて測定したところ、温度偏差は±１０℃以下であった。そののち、下母型８０４を上昇させて７０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレス成形した。プレス完了後、成形されたレンズの温度がガラス転移点以下になるまで５０℃／分の冷却速度で冷却した。このとき、レンズの収縮に対して上型部材８１２が追随し、上型部材８１２の自重のみがかかった状態で冷却された。すなわち、冷却中はレンズの上面と上型の接触が保たれていた。４９０℃まで降温したところで、下母型８０４を下降させて離型し、そのまま下母型８０４を成形室（図示せず）の下方まで下降させ、吸着パッドを用いて４個のレンズを取り出した。尚、取り出したレンズは必要に応じ、その後、アニ−ルする場合もある。その結果、各型（上下の母型８０２，８０４、上型部材８１２及び下型部材８１４）において、ほぼ均等な加熱及び冷却が行われた。得られたレンズはいずれも高面精度で、表面品質も良好であり、心取り加工後の偏心も良好であった。
【００３６】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るプレス成形装置は、上母型８０２及び下母型８０４にそれぞれ６個の上型部材８１２及び下型部材８１４を組み込んだ以外は、上記第３の実施の形態と同様に構成された２つの成形型を用いた成形型セットを備える。上母型、下母型、上型部材及び下型部材は、いずれも第３の実施の形態と同様（上型部材及び下型部材の個数を除く）に構成されているため、それぞれ第３の実施の形態と同様の符号を用いて説明する。２つの成形型の平面形状は、図３に示した下成形型１０４ａ，１０４ｂと同様である。すなわち、２つの成形型は、隣り合う側の角を取った形状となっている。
【００３７】
実施例として、このプレス成形装置を用いて、直径１０ｍｍの両凸レンズを成形した。まず、誘導加熱コイルにより上母型８０２及び下母型８０４を誘導加熱し、表１に示した型温度が得られるようにした。尚、型温度は、表１に示したように３通りに設定した。下側の成形面（下型部材８１４の上面）及び上側の成形面（上型部材８１２の下面）の温度偏差を型温測定用熱電対により測定したところ、温度偏差は±１０℃以内であった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
次いで、６個のプリフォームを、図示しない搬送アーム上において気流により浮上させて搬送した。そののち、搬送アームを６個の下型部材８１４の直上に配置して、プリフォームを下型部材８１４上に同時に落下供給した。尚、プリフォームの予熱温度は、表１に示したように３通りに設定した。そののち、直ちに搬送アームを下母型８０４上から退避させ、誘導加熱コイルの電流を切り、下支持軸８０８を上昇させて７０ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスした。プレス完了後、成形されたレンズの温度がガラス転移点以下になるまで冷却した。尚、冷却中、レンズにかかる圧力は、上母型８０２の自重のみとなるようにした。そののち、下母型８０４を約２０ｍｍ下降させて離型し、吸着パッドを用いてレンズを取り出した。そして、誘導加熱コイルにより、上下の母型の温度を直ちにプレス開始温度に回復させ、次の成形を同様にして行った。
【００４０】
その結果、表１に示したいずれの成形条件においても、品質の良好なレンズが連続して得られた。すなわち、本実施の形態によると、非常に早い生産速度で、高い効率で、多量のレンズが連続生産できることが分かった。
【００４１】
比較例として、第４の実施の形態の成形型の角を取らないもの（図４参照）を用い、第４の実施の形態において説明した実施例と同様の条件で、レンズを作成した。その結果、６つの成形面のうち、両端を除く４つの成形面（図４における成形面Ｂ〜Ｅに対応）で成形したレンズには伸び不良が発生し、良好な面精度は得られなかった。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は前記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。例えば、前記実施形態では、上下にそれぞれ２つの成形型（上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂ）を備えた成形型セットを用いたが、それぞれ３つ以上の成形型を備えるものであってもよい。尚、それぞれの成形型は、（その成形型が構成する成形型セットの長手方向における）幅が互いに等しいことが好ましい。更に、前記実施形態では、上型１０２及び下型１０４に成形面をそれぞれ６個形成したが、成形面の数は５個以下あるいは７個以上であってもよい。又、各成形型に形成する成形面の数は、１つであってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、以上の如く本発明によれば、成形型セットを複数の成形型により構成すると共に、これら成形型の隣り合う側の角を取るようにしたので、高周波誘導加熱の際の熱の局所的な集中を抑制し、当該成形型に形成された成形面間の温度のばらつきを小さくすることができる。これにより、複数の光学素子を高い精度で加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプレス成形装置の要部構造を示す断面図である。
【図２】図１に示したプレス成形装置の下型の平面形状を示す平面図である。
【図３】本実施の形態における効果を説明するための温度分布を示す図である。
【図４】本実施の形態に対する比較例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る成形型の構造を示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る成形型の構造を示す断面図である。
【図７】従来のプレス成形装置の基本構成を示す概略図である。
【符号の説明】
６０，８０ 成形型
１０２ 上型
１０２ａ，１０２ｂ 上成形型
１０４ 下型
１０４ａ，１０４ｂ 下成形型
１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂ 支持板
１１０ａ，１１０ｂ，１１２ａ，１１２ｂ 支持軸
１１２ 駆動軸
１１８ 固定軸
１２０ 駆動軸
１２２，１２４ 誘導加熱コイル
２００ 成形面
６００ 母型
６１０，８０６ 上支持軸
６１２，８０８ 下支持軸
８０２ 上母型
８０４ 下母型
【発明の属する技術分野】
本発明は、予備成形したガラス素材を加熱軟化した状態でプレス成形して所定の形状を付与するプレス成形装置及び光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学レンズ等の製造分野では、表面研磨を行わずに高精度のレンズ形状を得るため、ガラス素材を予め成形したプリフォームを用意し、このプリフォームを加熱軟化させたのち、高精度な成形面を持つ成形型を用いてプレス加工する方法が提案されている（特開２００１−１０８２９号等）。
【０００３】
図７は、この種のプレス加工に用いられるプレス成形装置の基本構成を示すものである。図７に示したプレス成形装置は、上型５０２及び下型５０４よりなる成形型を備えている。上型５０２及び下型５０４は、いずれも、図中左右方向に長い長尺形状を有しており、支持体５０６，５０８によってそれぞれ支持されている。上型の支持体５０６は、固定軸５１０に取り付けられており、下側の支持体５０８はモータ機構等の駆動軸５１２に取り付けられている。上型５０２及び下型５０４の各対向面には、プリフォームにレンズ形状を付与するための複数の成形部５１４，５１６が形成されている。上型５０２及び下型５０４の間には、予め所望の形状に成形されたプリフォームが、図示しない加熱装置により１０5.5〜１０9ポアズの粘度に相当する温度に加熱された状態で搬送される。上型５０２及び下型５０４の周囲には、これらを加熱するための誘導加熱コイル５１８，５２０が設けられている。予め加熱された上型５０２及び下型５０４により軟化状態のプリフォームを挟み込んで加圧することにより、プリフォームに高精度の加工面が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上型５０２及び下型５０４は一方向に長い形状を有しているため、高周波誘導加熱により全体を均一に加熱することが難しいという問題がある。又、上型５０２及び下型５０４における温度分布を均一にするためには、上型５０２及び下型５０４をそれぞれ長手方向に分割することも考えられるが、分割された型が角（かど）を有していると、その角の部分が誘導加熱されやすくなり、却って温度差が大きくなるという問題がある。
【０００５】
従って本発明の目的は、成形型における温度分布を均一にすることができるプレス成形装置及び光学素子の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、相対する複数の成形面で、複数の被成形体を同時にプレス成形することにより複数の光学素子を得るプレス成形装置であって、前記複数の成形面が一列になるように複数の成形型を配置してなり、該複数の成形型の隣り合う側の角を取ってなる成形型セットと、前記成形型セットの周囲に設けられて、前記複数の成形型の全てを囲むように巻回され、高周波誘導加熱により前記複数の成形型を一括して加熱する誘導加熱コイルと、を備えて構成される。
【０００７】
このように、成形型セットを複数の成形型により構成すると共に、これら成形型の隣り合う側の角を取ることにより、高周波誘導加熱により過昇温しやすい角の部分を無くし、成形型における温度分布をより均一にすることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記複数の成形型をそれぞれ支持する複数の支持軸と、前記複数の支持軸を介して前記複数の成形型をそれぞれ開閉するように移動する駆動軸と、をさらに備えて構成してもよい。
【０００９】
尚、本発明においては、前記成形型の角に対応する部分を面取りすることが好ましい。あるいは、前記成形型の角に対応する部分を曲面又は鈍角としてもよい。
【００１０】
本発明は、又、相対する複数の成形面で、複数の被成形体を同時にプレス成形することにより複数の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、前記複数の成形面が一列になるように複数の成形型を配置してなり、該複数の成形型の隣り合う側の角を取ってなる成形型セットを用意する工程と、前記成形型セットの周囲に設けられて、前記複数の成形型の全てを囲むように巻回された誘導加熱コイルを用いて、高周波誘導加熱により前記成形型セットの前記複数の成形型を一括して加熱する工程と、前記複数の被成形体を前記成形型セットの前記相対する成形面でプレス成形する工程と、プレス成形された光学素子を取り出す工程と、を含むものである。
【００１１】
尚、本発明においては、前記各被成形体を、前記成形型よりも高い温度に加熱軟化したのち、前記成形型セットの前記相対する成形面の間に供給することが好ましい。この場合、前記各被成形体を、１０9ポアズ未満の粘度に相当する温度に加熱軟化したのち、前記成形型セットの前記相対する成形面の間に供給することが特に好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施形態に基いて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るプレス成形装置の要部構造を示す断面図である。このプレス成形装置は、ガラス素材を予め扁平な球形状に成形した被成形体としてのプリフォームを用いて、例えば直径１７ｍｍの中口径レンズを成形するものである。図１に示したように、このプレス成形装置は、上型１０２及び下型１０４よりなる成形型セットを備えている。上型１０２及び下型１０４は、いずれも図中左右方向に長い長尺形状を有しており、例えばタングステン合金により構成されている。上型１０２及び下型１０４の周囲には、それぞれ誘導加熱コイル１２２，１２４が設けられている。これら誘導加熱コイル１２２，１２４は、高周波誘導加熱により、上型１０２及び下型１０４をそれぞれ加熱するものである。
【００１３】
上型１０２は、左右一対の成形型である上成形型１０２ａ，１０２ｂからなっており、下型１０４は、左右一対の成形型である下成形型１０４ａ，１０４ｂからなっている。上成形型１０２ａ，１０２ｂと下成形型１０４ａ，１０４ｂとは鉛直方向において互いに対向し合っている。上成形型１０２ａ，１０２ｂの上面には、支持板１０６ａ，１０６ｂがそれぞれ固定されており、支持板１０６ａ，１０６ｂの上面には上支持軸１１０ａ，１１０ｂがそれぞれ取り付けられている。上支持軸１１０ａ，１１０ｂは、共通の台座１１４を介して、固定軸１１８に取り付けられている。一方、下成形型１０４ａ，１０４ｂの下面には、支持板１０８ａ，１０８ｂがそれぞれ固定されており、支持板１０８ａ，１０８ｂの下面には下支持軸１１２ａ，１１２ｂがそれぞれ取り付けられている。下支持軸１１２ａ，１１２ｂは、共通の台座１１６を介して、駆動軸１２０に取り付けられている。駆動軸１２０は、ＡＣサーボモータを備えた駆動機構により鉛直方向に直進駆動されるものであり、その軸心１２０ａは、上型１０２及び下型１０４の各長手方向中心に対応している。駆動軸１２０が鉛直方向に移動すると、上型１０２と下型１０４との開閉が行われる。
【００１４】
図２は、下型１０４（下成形型１０４ａ，１０４ｂ）及びその周囲の誘導加熱コイル１２４を上方から見た平面図である。上型１０２（上成形型１０２ａ，１０２ｂ）の平面形状は下型１０４と同様なので、図示を省略する。下成形型１０４ａ，１０４ｂは、下型１０４の長手方向における中心位置Ｏを挟んで互いに対称な形状を有している。下成形型１０４ａは、長手方向に延びる２つの長辺２０２と、長辺２０２に直交する（かつ中心位置Ｏに最も近い）内側短辺２０４と、内側短辺２０４に対向する（かつ中心位置Ｏから最も離れた）外側短辺２０６とを有している。外側短辺２０６は、２つの長辺２０２の間隔（すなわち、上成形型１０２ａの幅）の１／２と等しい半径を有する半円の円周を構成している。もう一方の下成形型１０４ｂは、中心位置Ｏを挟んで、下成形型１０４ａと対称な形状を有している。下成形型１０４ａの内側短辺２０４と、下成形型１０４ｂの内側短辺２０４との間には、０．５ｍｍ〜３ｍｍの間隔が設けられていることが好ましい。
【００１５】
誘導加熱コイル１２４は、下成形型１０４ａ，１０４ｂの両方を囲むよう、これら下成形型１０４ａ，１０４ｂの外周に倣った形状に巻回されている。尚、上成形型１０２ａ，１０２ｂの周囲に設けられた誘導加熱コイル１２２も、誘導加熱コイル１２４と同様の平面形状を有している。
【００１６】
下成形型１０４ａの上面には、プリフォームにガラス製品の形状を与える３つの成形面２００が形成されており、下成形型１０４ｂの上面にも、同様の３つの成形面２００が形成されている。これら６つの成形面２００は、下成形型１０４ａ，１０４ｂの幅方向中心を規定する中心線Ｍ上に一列に配列されている。これら６つの成形面２００においてプリフォームを加圧する面を、成形面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとする。
【００１７】
下成形型１０４ａ，１０４ｂは、隣り合う側の角を取った形状となっている。これは、角のある部分は、高周波誘導加熱を受けるとその部分が昇温しすぎる傾向があるため、角を取ることにより、下成形型１０４ａ，１０４ｂにおける温度分布を均一にするためである。具体的には、下成形型１０４ａ，１０４ｂの内側短辺２０４と長辺２０２との間のコーナー部分は曲面Ｒとなっている。この曲面Ｒは、下型１０４の幅Ｗの半分（Ｗ／２）未満の曲率半径を有する円弧であることが好ましい。尚、曲面形状Ｒの代わりに、面取りしてもよいし、コーナー部分を鈍角にしてもよい。あるいは、下成形型１０４ａ，１０４ｂの内側短辺２０４を曲面形状としてもよい。
【００１８】
下成形型１０４ａ，１０４ｂにおける成形面Ａ〜Ｆの配列は以下のとおりである。すなわち、成形面Ａ，Ｂの間隔（配設ピッチ）ｄ１、成形面Ｂ，Ｃの間隔ｄ２、成形面Ｄ，Ｅの間隔ｄ４及び成形面Ｅ，Ｆの間隔ｄ５は、互いに略同じである。加えて、成形面Ａと外側短辺２０６との間隔ｄ０、及び成形面Ｆと外側短辺２０６との間隔ｄ６も、上記間隔（ｄ１等）と同じである。これに対し、中心位置Ｏを挟んで隣り合う成形面Ｃ，Ｄの間隔ｄ３は、上記間隔（ｄ１等）よりも大きく設定されている。又、成形面Ｃから内側短辺２０４までの最短距離ｄ７は、成形面Ｃから長辺２０２までの最短距離ｄ８と略同じであり、同様に、成形面Ｄから内側短辺２０４までの最短距離は、成形面Ｄから長辺２０２までの最短距離と略同じである。ｄ０〜ｄ８をこのように設定したのは、高周波誘導加熱の際の成形面Ａ〜Ｆにおける温度差をできるだけ小さくするためである。
【００１９】
尚、上述した下支持軸１１２ａ（図１）の水平面内における位置は、下成形型１０４ａの成形面Ａ〜Ｃの配列方向における中心位置（すなわち、成形面Ｂ）と対応している。同様に、下支持軸１１２ｂ（図１）の水平面内における位置は、下成形型１０４ｂの成形面Ｄ〜Ｆの配列方向における中心位置（すなわち、成形面Ｅ）と対応している。これは、成形面Ａ〜Ｆにおいてプリフォームにかかる圧力を均等にするためである。同様に、上支持軸１１０ａ，１１０ｂの水平面内における位置は、上成形型１０２ａ，１０２ｂの各中心位置にそれぞれ対応している。
【００２０】
尚、下成形型１０４ａ，１０４ｂの中心位置Ｏ側の領域は、他の領域よりも温度が上昇し易い傾向があるため、この領域を局所的に空冷する空冷装置を設け、下成形型１０４ａ，１０４ｂの温度分布の均一化を図ることが好ましい。上成形型１０２ａ，１０２ｂについても、同様の空冷装置を設けることが好ましい。
【００２１】
次に、本実施の形態に係るレンズ（ガラス光学素子）の製造方法について説明する。まず、誘導加熱コイル１２２，１２４の高周波誘導加熱により、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂを加熱する。次いで、予め扁平球形状に予備成形されたプリフォームを、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂよりも高い温度に予備加熱した状態で、図示しない搬送アームを用いて、下成形型１０４ａ，１０４ｂ上に供給する。プリフォームを下成形型１０４ａ，１０４ｂ上に供給する際には、図示しない位置決め装置を用いてプリフォームを下成形型１０４ａ，１０４ｂの成形面Ａ〜Ｆ上に位置決めしつつ落下供給する。そののち、駆動軸１２０を上昇させ、上支持軸１１０ａ，１１０ｂと下支持軸１１２ａ，１１２ｂとを介して、上成形型１０２ａ，１０２ｂと下成形型１０４ａ，１０４ｂとを閉じる。これにより、上成形型１０２ａ，１０２ｂと下成形型１０４ａ，１０４ｂとの間で６個のプリフォームをプレスして所望の形状のレンズを成形する。プリフォームのプレスが完了すると、駆動軸１２０を下降させ、上型１０２及び下型１０４を開放させる。ついで、図示しない取出し装置により、下型１０４上に残った６個のレンズを吸着して取り出す。これにより、高精度に面加工されたレンズが得られる。
【００２２】
次に、本実施の形態において、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂの角を取ったことによる効果について説明する。図３には、本実施の形態における下成形型１０４ａ，１０４ｂについて、幅方向中心を規定する中心線Ｍに沿った各位置における温度分布の測定結果を示す。なお、温度分布は、平均温度からの偏差で表す。比較のため、図４には、下成形型１０４ａ，１０４ｂの角を取らなかった場合（隣り合う側に直角コーナーを設けた場合）の温度分布の測定結果を示す。図４に示したように、角を取らなかった場合には、下成形型１０４ａ，１０４ｂの中心位置Ｏ寄りの領域が他の領域よりも高温になっており、全体で約３０℃の温度差がある。これは、高周波誘導加熱の際、角の部分に熱が集中しやすくなるためと考えられる。これに対し、本実施の形態では、図３に示したように、下成形型１０４ａ，１０４ｂの全体の温度差は約１０℃と極めて小さい。これは、角を取ったことにより、高周波誘導加熱の際の熱の局所的な集中を回避したためと考えられる。
【００２３】
尚、下成形型１０４ａ，１０４ｂのコーナー部分を曲面Ｒとする代わりに面取りした場合、あるいは鈍角とした場合にも、温度分布を改善する効果がある。又、上成形型１０２ａ，１０２ｂについては説明を省略するが、下成形型１０４ａ，１０４ｂと同様、角を取った形状としたことによる温度分布の改善効果がある。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態に係るプレス成形装置によれば、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂの隣り合う側の角をなくしたので、高周波誘導加熱の際に局所的に昇温しやすい部分を無くすことができ、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂにおける温度分布を確実に均一化することができる。
【００２５】
更に、上成形型１０２ａ，１０２ｂを上支持軸１１０ａ，１１０ｂで支持し、下成形型１０４ａ，１０４ｂを下支持軸１１２ａ，１１２ｂで支持するようにしたので、上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂのプレス条件（プレス圧力等）を均等にすることができる。又、上支持軸１１０ａ，１１０ｂを共通の固定軸１１８に取り付け、下支持軸１１２ａ，１１２ｂを共通の駆動軸１２０に取り付けたので、一つの駆動機構で正確なプレス加工を行うことができる。
【００２６】
加えて、上支持軸１１０ａ，１１０ｂが上成形型１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの中央部を支持し、下支持軸１１２ａ，１１２ｂが下成形型１０４ａ，１０４ｂのそれぞれの中央部を支持するようにしたので、各成形面Ａ〜Ｆのプリフォームに与える圧力を均等にすることができる。
【００２７】
更に、上成形型１０２ａ，１０２ｂの間に０．５〜３ｍｍの間隔を設けるようにしたので、上成形型１０２ａ，１０２ｂの相互干渉を無くし、良好なプレス加工を行うことができる。同様に、下成形型１０４ａ，１０４ｂの間に０．５〜３ｍｍの間隔を設けるようにしたので、下成形型１０４ａ，１０４ｂの相互干渉を無くし、良好なプレス加工を行うことができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は、第２の実施の形態に係るプレス成形装置の要部構造を示す断面図である。本実施の形態のプレス装置は、長尺形状の母型６００と、この母型６００により上下動可能に支持された４組の上型部材６０２及び下型部材６０４とからなる成形型６０を２つ用いた成形型セットを備える。図５では、２つの成形型６０のうち１つのみを示す。各成形型６０は、上型部材６０２及び下型部材６０４がそれぞれ一列に配列されるよう構成されている。更に、２つの成形型６０は、上型部材６０２及び下型部材６０４がそれぞれ一列に配列されるように（図５において左右方向に並んで）配置されている。この成形型セットの周囲には、当該成形型セットの外周にほぼ沿った略楕円形状に巻回する図示しない誘導加熱コイルが設けられている。
【００２９】
上型部材６０２及び下型部材６０４は、超硬合金製であり、成形面（プリフォームＰを加圧する面）には貴金属合金薄膜が被服されている。母型６００はタングステン合金製であり、超硬合金より僅かに大きい熱膨張係数を有する。各成形型６０は、トレー６０６に支持され、鉛直方向に駆動される下支持軸６１２の上端に取り付けられる。下支持軸６１２の上方には、固定された軸である上支持軸６１０が設けられている。下支持軸６１２を上昇させることにより、上型部材６０２が上支持軸６１０のヘッド（下端面）に当接し、これにより上型部材６０２と下型部材６０４との間でプレスが行われる。
【００３０】
２つの成形型６０の平面形状は、図３に示した下成形型１０４ａ，１０４ｂと同様である。すなわち、２つの成形型６０は、隣り合う側の角を取った形状となっている。
【００３１】
実施例として、このプレス成形装置により、バリウムホウケイ酸ガラス（転移点１１２℃、屈伏点５４５℃）の球状プリフォームＰを用いて、外形１５ｍｍの両凸レンズを成形した。具体的には、球状プリフォームＰを、母型６００の上型部材６０２と下型部材６０４との間にセットし、この母型６００をトレー６０６に載置して、不活性雰囲気に保たれた成形チャンバ（図示せず）内に入れ、下支持軸６１２（図１）上にトレー６０６を配置した。そののち、下支持軸６１２を上昇させ、成形型６０が誘導加熱コイルの内側に位置するようにし、誘導加熱コイルに高周波電流を流して母型６００を誘導加熱した。このとき、下側の成形面（下型部材６０４の上面）の温度を、下型部材６０４に挿入した型測温用熱電対により測定し、上側の成形面（上型部材６０２の下面）の温度を、上型部材６０２に挿入した型測温用熱電対により測定した。その結果、誘導加熱中の下側の成形面及び上側の成形面の温度偏差は、±１０℃以下であった。次いで、誘導加熱コイルにより、プリフォームを５９６℃（ガラス粘度が１０9ポアズに相当する温度）に加熱したのち、下支持軸６１２を更に上昇させ、上型部材６０２の上面を上支持軸６１０のヘッドに当接させることにより、軟化したプリフォームＰをプレスした。そののち、成形されたレンズの温度がガラス転移温度以下になるまで冷却したのち、下支持軸６１２を下降させ、成形されたレンズを成形型と共に取り出した。その結果、いずれのレンズも、偏った伸び方をすることがなく、アスの少ない面精度の良好なレンズが得られた。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係るプレス成形装置の要部構造を示す側断面図である。本実施の形態に係るプレス成形装置は、長尺形状の上母型８０２及び下母型８０４にそれぞれ４組の上型部材８１２及び下型部材８１４を備えて構成した成形型８０を２つ用いた成形型セットを備える。図６では、２つの成形型８０のうち１つのみを示す。各成形型８０は、成形面が一列に配置されるように、上型部材８１２及び下型部材８１４がそれぞれ一列に配列されるよう構成されている。更に、２つの成形型８０からなる成形型セットは、上型部材８１２及び下型部材８１４がそれぞれ一列に配列されるように（図６では左右方向に並んで）配置されている。この成形型セットを囲むように、図示しない誘導加熱コイルが、当該成形型セットの外形にほぼ沿った略楕円形状に巻回している。上母型８０２は、固定された軸である上支持軸８０６により支持され、下母型８０４は、鉛直方向に駆動される下支持軸８０８に固定されている。
【００３３】
上型部材８１２の外周には、下型部材８１４と狭いクリアランスで嵌合して滑動することによりレンズの上下面の軸ずれを防止するスリーブ８１６が設けられている。上母型８０２には、ガイドピン８１８が突設され、下母型８０４には、ガイドピン８１８に係合するガイド孔８２０が形成されている。上母型８０２及び下母型８０４はタングステン合金により構成されている。上型部材８１２、下型部材８１４及びスリーブ８１６は、焼結炭化ケイ素の表面にＣＶＤにより形成された炭化ケイ素により構成されている。
【００３４】
２つの成形型８０の平面形状は、図３に示した下成形型１０４ａ，１０４ｂと同様である。すなわち、２つの成形型８０は、隣り合う側の角を取った形状となっている。
【００３５】
実施例として、このプレス成形装置により、バリウムホウケイ酸ガラス（転移点１１２℃、屈伏点５４５℃）をプレスして外形１５ｍｍの両凸形状のレンズ（１面が球面、他の１面が非球面）を成形した。具体的には、扁平球形状に熱間成形された表面欠陥の無いプリフォームを４７０℃に予熱し、これら４個のプリフォームを、約４７０℃に予熱された下母型８０４の４個の下型部材８１４上に供給した。そののち、直ちに、下母型８０４を上昇させて、予め４７０℃に予熱された上母型８０２に組み込んだ。このとき、ガイドピン８１８とガイド孔８２０とを係合させ、各スリーブ８１６が各下型部材８１４に嵌合させた。誘導加熱コイルの高周波誘導加熱により上下の母型８０２，８０４を加熱し、プリフォームを５９６℃（プリフォームの粘度が１０8ポアズになる温度）とした。このとき、下側の成形面（下型部材８１４の上面）及び上側の成形面（上型部材８１２の下面）における温度偏差を型温測定用熱電対を用いて測定したところ、温度偏差は±１０℃以下であった。そののち、下母型８０４を上昇させて７０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレス成形した。プレス完了後、成形されたレンズの温度がガラス転移点以下になるまで５０℃／分の冷却速度で冷却した。このとき、レンズの収縮に対して上型部材８１２が追随し、上型部材８１２の自重のみがかかった状態で冷却された。すなわち、冷却中はレンズの上面と上型の接触が保たれていた。４９０℃まで降温したところで、下母型８０４を下降させて離型し、そのまま下母型８０４を成形室（図示せず）の下方まで下降させ、吸着パッドを用いて４個のレンズを取り出した。尚、取り出したレンズは必要に応じ、その後、アニ−ルする場合もある。その結果、各型（上下の母型８０２，８０４、上型部材８１２及び下型部材８１４）において、ほぼ均等な加熱及び冷却が行われた。得られたレンズはいずれも高面精度で、表面品質も良好であり、心取り加工後の偏心も良好であった。
【００３６】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るプレス成形装置は、上母型８０２及び下母型８０４にそれぞれ６個の上型部材８１２及び下型部材８１４を組み込んだ以外は、上記第３の実施の形態と同様に構成された２つの成形型を用いた成形型セットを備える。上母型、下母型、上型部材及び下型部材は、いずれも第３の実施の形態と同様（上型部材及び下型部材の個数を除く）に構成されているため、それぞれ第３の実施の形態と同様の符号を用いて説明する。２つの成形型の平面形状は、図３に示した下成形型１０４ａ，１０４ｂと同様である。すなわち、２つの成形型は、隣り合う側の角を取った形状となっている。
【００３７】
実施例として、このプレス成形装置を用いて、直径１０ｍｍの両凸レンズを成形した。まず、誘導加熱コイルにより上母型８０２及び下母型８０４を誘導加熱し、表１に示した型温度が得られるようにした。尚、型温度は、表１に示したように３通りに設定した。下側の成形面（下型部材８１４の上面）及び上側の成形面（上型部材８１２の下面）の温度偏差を型温測定用熱電対により測定したところ、温度偏差は±１０℃以内であった。
【００３８】
【表１】
次いで、６個のプリフォームを、図示しない搬送アーム上において気流により浮上させて搬送した。そののち、搬送アームを６個の下型部材８１４の直上に配置して、プリフォームを下型部材８１４上に同時に落下供給した。尚、プリフォームの予熱温度は、表１に示したように３通りに設定した。そののち、直ちに搬送アームを下母型８０４上から退避させ、誘導加熱コイルの電流を切り、下支持軸８０８を上昇させて７０ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレスした。プレス完了後、成形されたレンズの温度がガラス転移点以下になるまで冷却した。尚、冷却中、レンズにかかる圧力は、上母型８０２の自重のみとなるようにした。そののち、下母型８０４を約２０ｍｍ下降させて離型し、吸着パッドを用いてレンズを取り出した。そして、誘導加熱コイルにより、上下の母型の温度を直ちにプレス開始温度に回復させ、次の成形を同様にして行った。
【００４０】
その結果、表１に示したいずれの成形条件においても、品質の良好なレンズが連続して得られた。すなわち、本実施の形態によると、非常に早い生産速度で、高い効率で、多量のレンズが連続生産できることが分かった。
【００４１】
比較例として、第４の実施の形態の成形型の角を取らないもの（図４参照）を用い、第４の実施の形態において説明した実施例と同様の条件で、レンズを作成した。その結果、６つの成形面のうち、両端を除く４つの成形面（図４における成形面Ｂ〜Ｅに対応）で成形したレンズには伸び不良が発生し、良好な面精度は得られなかった。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は前記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。例えば、前記実施形態では、上下にそれぞれ２つの成形型（上成形型１０２ａ，１０２ｂ及び下成形型１０４ａ，１０４ｂ）を備えた成形型セットを用いたが、それぞれ３つ以上の成形型を備えるものであってもよい。尚、それぞれの成形型は、（その成形型が構成する成形型セットの長手方向における）幅が互いに等しいことが好ましい。更に、前記実施形態では、上型１０２及び下型１０４に成形面をそれぞれ６個形成したが、成形面の数は５個以下あるいは７個以上であってもよい。又、各成形型に形成する成形面の数は、１つであってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、以上の如く本発明によれば、成形型セットを複数の成形型により構成すると共に、これら成形型の隣り合う側の角を取るようにしたので、高周波誘導加熱の際の熱の局所的な集中を抑制し、当該成形型に形成された成形面間の温度のばらつきを小さくすることができる。これにより、複数の光学素子を高い精度で加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプレス成形装置の要部構造を示す断面図である。
【図２】図１に示したプレス成形装置の下型の平面形状を示す平面図である。
【図３】本実施の形態における効果を説明するための温度分布を示す図である。
【図４】本実施の形態に対する比較例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る成形型の構造を示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る成形型の構造を示す断面図である。
【図７】従来のプレス成形装置の基本構成を示す概略図である。
【符号の説明】
６０，８０ 成形型
１０２ 上型
１０２ａ，１０２ｂ 上成形型
１０４ 下型
１０４ａ，１０４ｂ 下成形型
１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂ 支持板
１１０ａ，１１０ｂ，１１２ａ，１１２ｂ 支持軸
１１２ 駆動軸
１１８ 固定軸
１２０ 駆動軸
１２２，１２４ 誘導加熱コイル
２００ 成形面
６００ 母型
６１０，８０６ 上支持軸
６１２，８０８ 下支持軸
８０２ 上母型
８０４ 下母型
Claims (7)
- 相対する複数の成形面で、複数の被成形体を同時にプレス成形することにより複数の光学素子を得るプレス成形装置であって、
前記複数の成形面が一列になるように複数の成形型を配置してなり、該複数の成形型の隣り合う側の角を取ってなる成形型セットと、
前記成形型セットの周囲に設けられて、前記複数の成形型の全てを囲むように巻回され、高周波誘導加熱により前記複数の成形型を一括して加熱する誘導加熱コイルと、
を備えたことを特徴とするプレス成形装置。 - 前記複数の成形型をそれぞれ支持する複数の支持軸と、
前記複数の支持軸を介して前記複数の成形型をそれぞれ開閉するように移動する駆動軸と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。 - 前記成形型セットにおいて、前記各成形型の角に対応する部分を面取りしたことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
- 前記成形型セットにおいて、前記各成形型の角に対応する部分を曲面又は鈍角としたことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
- 相対する複数の成形面で、複数の被成形体を同時にプレス成形することにより複数の光学素子を得る光学素子の製造方法であって、
前記複数の成形面が一列になるように複数の成形型を配置してなり、該複数の成形型の隣り合う側の角を取ってなる成形型セットを用意する工程と、
前記成形型セットの周囲に設けられて、前記複数の成形型の全てを囲むように巻回された誘導加熱コイルを用いて、高周波誘導加熱により前記成形型セットの前記複数の成形型を一括して加熱する工程と、
前記複数の被成形体を前記成形型セットの前記相対する成形面でプレス成形する工程と、
プレス成形された光学素子を取り出す工程と、
を含む光学素子の製造方法。 - 前記各被成形体を、前記成形型よりも高い温度に加熱軟化したのち、前記成形型セットの前記相対する成形面の間に供給することを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。
- 前記各被成形体を、１０９ポアズ未満の粘度に相当する温度に加熱軟化したのち、前記成形型セットの前記相対する成形面の間に供給することを特徴とする請求項５〜６のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
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