JP3953624B2 - 光学素子の成形装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学ガラス素子等の光学素子を製造する成形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レンズ自体の高性能化、レンズ系のレンズ枚数削減の要求を満たすため、非球面レンズの必要性が高まっている。ガラスレンズの製造には、古くからガラス素材を球面研磨により仕上げていく手段が用いられてきたが、非球面レンズを研磨により製造することは現在の技術では非常に難しいものとなっている。そこで押圧成形により非球面レンズを製造することがなされているが、この成形では、成形の容易なプラスチック材料は光学的な性能に限界があるため、ガラスを精密に成形する技術の開発が特に盛んに行われている。
【0003】
光学ガラス素子を成形する装置は多く考案されているが、この成形装置では、光学レンズなどを製造する場合に、上下の成形型の偏芯精度を出すことが重要である。このため従来技術では、特公平3−55420号公報、実開昭62−194018号公報の技術が提案されている。
【0004】
特公平3−55420号公報の技術は、円筒形の胴型の中に上下の型を摺動可能に嵌合することによって偏芯精度を出すものである。実開昭62−194018号公報の技術は、成形型を4角形の型支持部材に収容すると共に、型支持部材を高精度に成形した案内平面に押し付けることにより偏芯精度を出している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平3−55420号公報に提案されている成形装置では、上下の型が挿入されている胴型の熱容量が大きく、成形型全体の加熱と冷却に長時間を要しており、成形のタクトタイムが長くなり、生産性の向上ができないものとなっている。このことは成形型を収容する型支持部材を有した実開昭62−194018号公報においても同様の問題となっている。
【0006】
本発明は、このような従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、成形のタクトタイムを短くすることができ、生産性を向上されることが可能な光学素子の成形装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、光学素子素材を一対の成形型で押圧成形する光学素子の成形装置において、 前記一対の成形型の側面に嵌合してそれぞれの成形型の軸心を合わせる3本のガイドと、前記3本のガイドの内、2本の平行度を調節する平行度調整機構と、を具備することを特徴とする。
【0008】
この発明では、3本のガイドを一対の成形型の側面に嵌合させて、それぞれの成形型の軸心を合わせ、この状態で一対の成形型により光学素子素材を押圧成形する。この発明では、成形型周囲の熱容量が小さくなっているため、成形型の加熱及び冷却を短時間で行うことができ、成形のタクトタイムを短縮することができる。
また、この発明では、平行度調節機構によって3本のガイドのうち2本の平行度を調節する。このように2本のガイドの平行度を調整することにより、成形型を安定して案内することができる。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1の発明であって、前記3本のガイドの内の1本は、前記成形型の側面に向かって所望の予圧を与える予圧手段を具備することを特徴とする。
【0010】
この発明では、予圧手段により3本のガイドの内の1本を成形型の側面に向かって所望の予圧を与える。従って、成形型の偏芯精度を向上させることができる。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1または2記載の発明であって、前記ガイドは、丸棒形状であることを特徴とする。
【0012】
この発明では、3本の丸棒形状のガイドに一対の成形型の側面を嵌合させてそれぞれの成形型の軸心を合わせる。ガイドが丸棒のため、成形型とガイドとが線接触となって成形型との接触面積が少なくなり、成形型周囲の熱容量を小さくすることができる。
【0013】
請求項4の発明は、請求項1または2記載の発明であって、前記ガイドは、丸棒を2本並べた形状であることを特徴とする。
【0014】
この発明では、丸棒を2本並べた形状の3本のガイドに一対の成形型の側面を嵌合させてそれぞれの成形型の軸心を合わせる。このように2本の丸棒を並べることにより、ガイドの強度が向上する。
【0017】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の光学素子成形装置の全体を示し、図2は成形型とガイドとの関係を示す。
【0018】
この光学素子成形装置は図1に示すように、基台15上に枠体16が載置されており、枠体16内部が成形室14となっている。成形室14内には、上型1及び下型2からなる一対の成形型が設けられている。
【0019】
上型1及び下型2の周囲には、図2に示すように成形型の駆動方向(上下方向)に延びている2本の固定ガイド5及び1本の可動ガイド6が配置されている。これらの固定ガイド5及び可動ガイド6は円を3等分した等分位置に配置されており、それぞれが上型1及び下型2の側面に当接する。これによって、上型1及び下型2は、固定ガイド5及び可動ガイド6に嵌合して上下方向に移動可能になっている。このように、固定ガイド5及び可動ガイド5は、上型1及び下型2の軸心を一致させるように機能する。
【0020】
枠体16の上下方向の3カ所にはガイドシリンダ7がそれぞれ取り付けられており、可動ガイド6はこれらのガイドシリンダ7のピストン7aに連結されている。ガイドシリンダ7はその駆動によって、可動ガイド6を成形型の半径方向に移動させる。これに加えて、ガイドシリンダ7は可動ガイド6を上型1及び下型2の側面に向かって押圧し、この押圧によって可動ガイド6及び固定ガイド5に均等の予圧を与えて上型1及び下型2の偏芯精度を調整する。このためガイドシリンダ7は上型1及び下型2の側面に向かって予圧を与える予圧手段としても機能する。
【0021】
固定ガイド5及び可動ガイド6の上下端部は、ガイドストッパ11に挿入されることにより同ストッパ11に保持されている。この上下のガイドストッパ11には、2本の固定ガイド5の平行度を調整する平行度調整機構(図示省略)が格納されており、これにより、2本の固定ガイド5は良好な平行度を保つことができる。
【0022】
上型1及び下型2は円柱形に成形されていると共に、それぞれの型1,2の成形面の光軸と成形型の外周側面の軸とが一致している。この実施の形態において、上型1及び下型2の材質としてタングステンカーバイトが使用されており、上型1及び下型2共に大きさは上下共通で、外径(φ)14mm、高さが20mmである。
【0023】
固定ガイド5及び可動ガイド6としては、直径(φ)5mmのSiCからなる丸棒を用い、成形動作中のガイドシリンダ7からの予圧は約0.3kgfとした。
【0024】
下型2には光学ガラスからなる光学素子素材3が載置される。さらに、成形室14を構成する枠体16の内部には、上下の型1,2及び光学素子素材3を囲む石英管12が配置されている。この石英管12の内部は窒素雰囲気を保てるようになっている。石英管12外側には、ヒータ4が設置されている。
【0025】
上型1は上軸9の下端に当接可能であり、下型2には下軸8が連結されている。下軸8は基台15内に設けられている下軸シリンダ10に連結しており、下軸シリンダ10が駆動することにより、下軸8を介して上下の型1,2が上方向に移動すると共に、成形時には下軸シリンダ10により上軸9の下端に上型1の底面を当て付け、この当て付けによって光学素子素材3を押圧して成形する。このように下軸シリンダ10が駆動することによって上下の型1,2が上下動する部分は型供給部13となっている。
【0026】
次に、この実施の形態による成形を説明する。成形以前では下軸8は下げられており、上下の型1,2は成形室14の外部に待機している。まず、ガイドシリンダ7が駆動することにより、可動ガイド6を図1の右方向に移動させる。これにより固定ガイド5及び可動ガイド6内に上下の型1,2が挿入できる隙間を形成する。
【0027】
その後、下型2、上型1、光学素子素材3を下軸8の上に供給し、ガイドシリンダ7を駆動して可動ガイド6を図1の左方向に移動させ、これにより上型1及び下型2の側面の外周部に当て付ける。この当て付けによって上下の型1,2は所定の偏芯精度を保てるようになる。
【0028】
そして、下軸シリンダ10を駆動して下軸8を押し上げ、光学素子素材3と上型1、下型2を加熱位置まで搬送する。加熱位置では、ヒータ4が上下の型1,2と光学素子素材3とを所定温度まで加熱する。
【0029】
所定の温度に達した時点で、下軸シリンダ10により成形型に圧力をかけて光学素子素材3を押圧することにより成形する。光学素子素材3が所望する中肉に達した時点で圧力を解除し、ヒータ4をOFFとし、冷却を開始する。冷却が終了したら下軸8を型供給部13まで降ろし、ガイドシリンダ7を図1の右方向に移動して上下の型1,2をガイド5,6から解放し、上型1、下型2及び成形された光学素子を取り出して成形を終了する。
【0030】
この実施の形態では、直径(φ)10mm、中肉4mmの凸レンズを成形した。比較のため、同じ大きさ及び材質の型で特開平3−55420号公報に記載されている胴型を用いた装置によって成形した。従って、胴型を用いる以外の他の要素(例えば、ヒータ等の仕様)は共通である。成形する光学光学素材3としては、硝材SF6(オハラ社(製))を用いた。
【0031】
成形温度は型温度で495℃として成形実験を行ったところ、胴型を用いた従来の装置では型温度495℃までの到達時間が3分40秒であった。これに対し、本実施の形態の装置は2分50秒であった。また、冷却に要した時間は従来の装置では5分20秒であったのに対し、本実施の形態の装置は4分10秒であった。なお、双方の装置共に良品のレベルの面精度および外径寸法を有している光学素子を成形することができた。
【0032】
以上のように、本実施の形態では、従来の装置よりもタクトタイムを短縮でき、これにより生産効率を向上させることが可能であることが判明した。
【0033】
なお、固定ガイド5及び可動ガイド6の材質としては、耐熱鋼材、ステンレス材、タングステンカーバイト、窒化珪素などの耐熱材料であればSiC以外の材質を使用することができるが、強度が高く、曲げ応力に強い素材であること物が望ましい。また、この実施の形態では、ガイド5,6を丸棒としている。これは型1,2とガイド5,6の接触点を減らして型の熱分布を均等にするためと、強度を保持したままガイドの熱容量を小さくするためであるが、これ以外の、例えば型の外周の曲率と等しい形状であっても良く、特にその断面形状に限定されるものではない。
【0034】
(実施の形態2)
図3は、実施の形態2を示す。この実施の形態においても、上下の型1,2の側面に固定ガイド5及び可動ガイド6が3等分位置から当接している。固定ガイド5は2本の細い円柱体(丸棒形状)からなるガイドロッド21,21を並べることによって形成されており、可動ガイド6も同様に、細い2本の円柱体からなるガイドロッド20、20を並べることによって形成されている。
【0035】
この実施の形態では、固定ガイド5、可動ガイド6共に、2本のガイドロッド21,21及び20,20接線を中心軸として図3に示す矢印のように揺動することが可能となっている。なお、ガイドロッド21,21,及び20,20の材質はSiCである。
【0036】
この実施の形態における成形方法は実施の形態1と同じである。円柱体からなる2本のガイドロッドを並べた形状のガイド5,6は、上下の型1,2とガイド5,6の接触点を極小にしてガイド5,6による型1,2への熱的影響を小さくしたままでガイド5,6の強度を向上させることができ、これにより上下の型1,2の偏芯を小さくすることが容易となっている。また、ガイドロッド20,20及び21,21を繋ぐ接線を中心にガイド5,6を揺動させることにより、ガイド5,6と上下の型1,2を隙間なく密着させることができる。このためガイド5,6の強度と軸精度を向上させることができる。
【0037】
この実施の形態では、実施の形態1で示した同一の光学素子を成形したところ、実施の形態1と同様に良品レベルの光学素子を成形することができた。また、型温度が495℃に到達するまでの時間は3分50秒であった。この実施の形態における実施の形態1より優れた点としては、100ショット連続で成形したときの偏芯精度のばらつきをシフト、チルト込みで0.2分に押さえることができたことである。
【0038】
以上の説明から、本発明は以下の発明を包含している。
(1)光学ガラス素材を押圧成形する上下に相対する1対の成形型を有する光学ガラスの成形装置において、1対の成形型を上下方向に案内する手段として3本のガイドを用いることを特徴とする光学ガラス素子の成形装置。
【0039】
この成形装置では、3本のガイドが胴型と同様に成形型を上下方向に案内するが、ガイドは成形型の全体を覆っていないため、成形型周囲の熱容量が小さくなり、成形型の加熱時間や冷却時間を短縮することができる。
【0040】
(2)3本のガイドの内、1本に成形型への適当量の予圧を与えながら成形することを特徴とする上記(1)項記載の光学ガラス素子の成形装置。
【0041】
この成形装置では、成形型の偏芯精度を向上させることができる。
【0042】
(3)3本のガイドの形状を丸棒形状とすることを特徴とする上記(1)項記載の光学ガラス素子の成形装置。
【0043】
ガイドを丸棒形状とすることにより、ガイドと成形型が線接触となり、これらの接触面積を小さくすることができる。
【0044】
(4)ガイドの形状をそれぞれの丸棒を2本並べた形状とすることを特徴とする上記(1)項記載の光学ガラス素子の成形装置。
【0045】
ガイドを2本の丸棒とするため、ガイドの強度が向上する。
【0046】
(5)3本のガイドのうち、2本の平行度を調節する機構を有していることを特徴とする上記(1)項記載の光学ガラス素子の成形装置。
【0047】
ガイドの平行度を調整することができるため、成形型を良好に案内することができる。
【0048】
(6)光学素子素材を一対の成形型で押圧成形する光学素子の成形装置において、前記一対の成形型の側面を嵌合させてそれぞれの成形型の軸心を合わせる少なくとも3本のガイドを具備することを特徴とする光学素子の成形装置。
【0049】
この成形装置では、少なくとも3本のガイドが上下方向に案内するが、ガイドは成形型の全体を覆っていないため、成形型周囲の熱容量が小さくなり、成形型の加熱時間や冷却時間を短縮することができる。ここで、ガイドの本数を3本よりも多く例えば4,5本にすると、成形型周囲の熱容量は多少大きくなってしまうが、上下型をより安定してガイドすることができるようになる。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、成形型周囲の熱容量が小さくなっているため、成形型の加熱及び冷却を短時間で行うことができ、成形のタクトタイムを短縮することができる。
また、2本のガイドの平行度を調整することにより、成形型を安定して案内することができる。
【0051】
請求項2の発明によれば、予圧手段が1本のガイドを成形型の側面に向かって所望の予圧を与えるため、成形型の偏芯精度を向上させることができる。
【0052】
請求項3の発明によれば、ガイドが丸棒のため、成形型とガイドとの接触面積が少なくなり、成形型周囲の熱容量を小さくすることができる。
【0053】
請求項4の発明によれば、2本の丸棒を並べることにより、ガイドの強度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の全体の断面図である。
【図2】実施の形態1における成形型及びガイド周囲の斜視図である。
【図3】実施の形態2における成形型及びガイド周囲の斜視図である。
【符号の説明】
1 上型
2 下型
3 光学素子素材
4 ヒータ
5 固定ガイド
6 可動ガイド
7 ガイドシリンダ
8 下軸
9 上軸
10 下軸シリンダ
11 ガイドストッパ
12 石英管
13 型供給部
14 成形室
Claims (4)
- 光学素子素材を一対の成形型で押圧成形する光学素子の成形装置において、前記一対の成形型の側面を嵌合させてそれぞれの成形型の軸心を合わせる3本のガイドと、
前記3本のガイドの内、2本の平行度を調節する平行度調整機構と、
を具備することを特徴とする光学素子の成形装置。 - 前記3本のガイドの内の1本は、前記成形型の側面に向かって所望の予圧を与える予圧手段を具備することを特徴とする請求項1記載の光学素子の成形装置。
- 前記ガイドは、丸棒形状であることを特徴とする請求項1または2記載の光学素子の成形装置。
- 前記ガイドは、丸棒を2本並べた形状であることを特徴とする請求項1または2記載の光学素子の成形装置。
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