JP4365673B2

JP4365673B2 - 光学素子の成形装置

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Publication number: JP4365673B2
Application number: JP2003417814A
Authority: JP
Inventors: 一成賀川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: JP2005179073A

Description

本発明は、ガラス素材をプレスすることによりレンズ、プリズム等のガラス素子を高精度に成形する光学素子の成形装置に関し、特に、カメラ、ビデオ、顕微鏡等の光学機器さらにはレーザー装置等の光学系レンズに使用可能な球面レンズや非球面レンズを成形する成形装置に関する。

レンズ等の光学素子の成形は、上型及び下型によってガラス素材をプレスすることにより行われるが、光学素子のプレス成形を高精度に行うためには、上下型の芯合わせが必要であり、このため成形に際してスリーブが用いられている。スリーブは筒状となっており、上型及び下型が摺動可能に挿入されることにより、これらの軸芯を一致させるものである。このようなスリーブによる芯合わせを正確に行うための従来の成形装置としては、特開平５−２４８６７号公報に開示されている。

この従来の成形装置は、上型の支持ロッド側にブロックを設けるものである。ブロックは、上下一対の調整板と、一対の調整板を連結したばねとを有しており、下側の調整板が上型の支持ロッドに上方から当接している。また、スリーブは下型が挿入された状態となっている。

このような構造において、押圧部材によって上側の調整板に圧力を加えて下方に押し、ばね及び下側の調整板を介して上型を押し下げると、上型がスリーブに嵌合し、この嵌合によって抵抗が発生する。ばねによって連結されている一対の調整板は、この抵抗を緩和するように上型及び下型相互のセンタリング及び傾き修正を行うため、上型と下型との軸芯が一致する。

このようにして上下型が一体となった後、スリーブと共に上下型をブロックから切り離し、押し込み部材によって成形室内に送り込み、成形室内で上下型によるガラス素材のプレス成形を行う。ブレス成型は、成形室側に設けた駆動装置を駆動させることにより行うものである。
特開平５−２４８６７号公報

上述した従来の成形装置では、上下型の芯合わせ工程と、上下型によるプレス工程とを別々に行っているため、全体の成形工程に長時間を要している。また、上下型の芯合わせ工程、成形室への移動工程及び成形室内でのプレス工程では、それぞれ別個の駆動手段を必要としているため、駆動手段の数が多く、構造が複雑となっていると共に、駆動手段それぞれの駆動タイミングが煩雑となり、制御が難しい問題も有している。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、上下型の芯合わせ及び上下型によるプレス成形を同一の駆動手段で行うことにより、成形時間を短縮することができると共に、駆動手段を少なくして構造及び制御を簡単にす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。

上記目的を達成するため、請求項１の発明の光学素子の成形装置は、加熱軟化されたガラス素材を一対の成形型によってプレスすることにより、所望の光学素子とする成形装置において、一方の成形型の外周に固定されており、当該一方の成形型と対向する側の上端外周面にテーパ状の誘導面が形成された他方の成形型が挿入されることにより成形型を相互に芯合わせする筒状のスリーブと、ガラス素材またはプレスされた光学素子を挿脱する挿脱位置、前記スリーブによる成形型相互の位置合わせ終了位置及びガラス素材を所望の光学素子とするプレス終了位置のそれぞれの位置に前記成形型のどちらか一方を停止させる駆動手段と、前記駆動手段により前記他方の成形型がスリーブに挿入される際に、前記スリーブ内周面と前記他方の成形型の誘導面とが接触することで、前記一方の成形型と当該一方の成形型に固定されたスリーブとをシフト・チルトさせるシフト・チルト調整機構と、を備えることを特徴とする。

請求項１の発明では、一方の成形型に固定されたスリーブに他方の成形型が挿入されることにより、一対の成形型の芯合わせが行われる。駆動手段はいずれか一方の成形型を３段階で停止させるものである。この停止は、ガラス素材のセット及び成形された光学素子の離型を行う位置、上記芯合わせの終了位置、光学素子のプレス終了位置で行うものである。このような駆動手段は、一対の成形型の芯合わせのための駆動及び一対の成形型によるプレス成形のための駆動を行うようになっており、芯合わせ及びプレス成形を単一の駆動手段で行うことが可能となっている。これにより、駆動手段の数を少なくすることができ、構造が簡単で、制御も容易となる。また、シフト・チルト調整機構が一方の成形型、スリーブのシフト移動及びチルト移動を可能とするため、一対の成形型の芯合わせを確実に行うことができる。

また、単一の駆動手段の元で芯合わせ及びプレス成形を行うため、これらの工程の間で一対の成形型を移動させる必要がなく、芯合わせ及びプレス成形の工程を連続的に行うことができる。これにより、全体の成形時間を短縮することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子の成形装置であって、前記駆動手段は、圧力制御可能なシリンダであることを特徴とする。

請求項２の発明のように、駆動手段を圧力制御可能なシリンダとすることにより、駆動手段の３段階での停止制御を簡単に行うことが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光学素子の成形装置であって、前記成形型のどちらか一方が芯合わせ終了位置で停止したときに、一対の成形型、スリーブ及びガラス素材を囲む密閉空間を形成する一部となると共に、成形型のどちらか一方がプレス終了位置で停止したときに、前記密閉空間が小さくなるように伸縮する弾性部材をさらに具備することを特徴とする。

請求項３の発明では、芯合わせ終了位置で停止したときに、弾性部材が成形のための密閉空間の一部となるため、成形のためのチャンバーを簡単に形成することができる。また、弾性部材は、プレス終了位置で停止したときに、密閉空間が小さくなるように縮むため、ガラス素材のプレスを阻害することがない。このため、駆動手段からのプレス圧をガラス素材に確実に作用させることができ、良好なプレス成形を行うことができる。

本発明の光学素子の成形装置によれば、一対の成形型の芯合わせのための駆動及び一対の成形型によるプレス成形のための駆動を同じ駆動手段によって行うため、駆動手段の数を少なくすることができ、構造が簡単で、制御も容易となると共に、芯合わせ工程及びプレス成形工程を連続的に行うことができ、全体の成形時間を短縮することができる。

以下、本発明を図示する実施の形態により、具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。

（実施の形態１）
図１〜図８は、本発明の実施の形態１であり、図１は成形装置の全体を示し、図２及び図３はスリーブによる芯合わせの状態を示し、図４及び図５はシフト／チルト機構の作動を示し、図６は弾性部材の変化を示し、図７はプレス工程を示し、図８は作動のタイミングチャートをそれぞれ示す。

この実施の形態の成形装置は、図１に示すように、ガラス素材１に対してプレス成形を行う一対の成形型２ａ，２ｂと、架台２４の上部に取り付けられた駆動手段としての駆動シリンダ１６と、プレス成形の際のチャンバーの一部を構成する弾性部材としてのベローズ１１と、上下型２ａ，２ｂの芯合わせを行うときに作用するシフト・チルト調整機構４０とを備えている。

一対の成形型は、成形面が対向するように配置された上型２ａ及び下型２ｂからなり、下型２ｂ上にガラス素材１が載置されてセットされる。これらの上型２ａ及び下型２ｂは、フック６によって上軸５ａ及び下軸５ｂに取り付けられるものである。また、これらの上下型２ａ、２ｂは、冷却媒体が循環する冷却路が内部に適宜形成されることにより高温に対応できるようになっている。

上型２ａには、下型２ｂとの芯合わせを行うためのスリーブ３が固定されている。スリーブ３は筒状となっており、上型２ａの外周に形成した溝（図示省略）を介して上型２ａに取り付けられ、スリーブピン４によって上型２ａの外周に固定されている。このスリーブ３には、下型２ｂが挿入されることにより嵌合し、これにより下型２ｂと上型２ａとが芯合わせ状態で対向するようになっている。この場合、スリーブ３の内径と下型２ｂの外径との隙間は、例えば５〜１０μｍとなるように設定されるものである。

上型２ａが取り付けられる上軸５ａは、軸支持体１３及びシフト・チルト調整機構４０を介して駆動シリンダ１６に連結されるようになっている。また、上軸５ａの軸線上には、駆動シリンダ１６のピストンロッド１６ａが位置している。ピストンロッド１６ａにおける上軸５ａ側の端部には、吊り押しブロック１５が取り付けられている。吊り押しブロック１５は、大径のフランジ部１５ａを有しており、このフランジ部１５ａが軸支持体１３に下側から係合するようになっている。

軸支持体１３は、頂部１３ａと、頂部１３ａから垂下して折り返された底部１３ｂとからなる断面コ字形に形成されており、その頂部の中央部分に吊り押しブロック１５が貫通している。また、底部１３ｂには、吊りロッド１４を介して反射板９が吊り下げ状に取り付けられている。吊りロッド１４は、吊り押しブロック１５に対しプレス方向（上下方向）に沿って移動可能となっている。また、吊りロッド１４は、吊り押しブロック１５に対して簡単に着脱可能となっており、これにより後述する反射板９等の吊り押しブロック１５への交換が容易となっている。

上軸５ａの上端部には、径方向に拡がった円盤状の調整板４２が取り付けられており、この調整板４２がシフト・チルト調整機構４０を介して吊り押しブロック１５の底部１３ｂと連結されている。

シフト・チルト調整機構４０は、図４及び図５に示すように、円周上の等間隔（１２０度）で配置された３つの調整玉１２と、各調整玉１２を支承する調整ねじ２７とを備えている。調整ねじ２７は、そのねじ部が吊り押しブロック１５の底部１３ｂに螺合することにより吊り押しブロック１５に取り付けられている。各調整ねじ２７の頭部には調整玉１２が載置されており、調整ねじ２７を回転させることにより調整玉１２の高さ調整が可能となっている。調整玉１２は、調整ねじ２７の頭部上で移動可能となっているが、この移動を一定範囲で制限するため、調整ねじ２７の頭部には玉カバー２６が取り付けられている。上軸５ａの上端部に固定された調整板４２は、調整玉１２上に支承されている。これにより、上軸５ａ及び上型２ａが振り子作動を行うようになっており、スリーブ３への下型２ｂの挿入性が向上するようになっている。この場合、調整ねじ２７及び調整玉１２は、硬い材料であることが好ましい。

弾性部材としてのベローズ１１は、プレス方向（上下方向）に沿って伸縮自在であり、且つ回転方向及びプレス方向と交差する方向に自在に変化可能となっている。このベローズ１１は、上軸５ａの周囲を囲む筒状となっていると共に、上下端部が調整板４２及び反射板９に固定されることによりこれらを連結している。また、ベローズ１１は、不活性ガス流入弁１９に連結されており、これによりその内部に不活性ガスが流入可能となっている。

反射板９は、吊りロッド１４によって吊り押しブロック１５から垂下した状態で下型２ｂ方向に延びた形状となっており、その内部には加熱手段としての赤外線ヒータ８が配置されている。赤外線ヒータ８は、反射板９が下降することにより、上下型２ａ，２ｂ及びスリーブ３の周囲に位置してこれらを加熱する。この赤外線ヒータ８による加熱温度は反射板９を貫通した熱電対１８によって検出されるようになっている。

また、反射板９の内部には、石英ガラスからなるガラス管７が設けられている。ガラス管７は、上下型２ａ，２ｂ及びスリーブ３と赤外線ヒータ８との間に配置されている。ガラス管７は、反射板９との間にＯリング（図示省略）を介して配置されており、これにより１ｐａｓ程度の真空度の密閉構造を保持することが可能となっている。これに加えて、ベローズ１１と反射板９との間にも、Ｏリングが介挿されることにより、これらの間での密閉を保持するようになっている。なお、これらのＯリングに対する熱影響を軽減するため、Ｏリング配置部位近傍に冷却水を供給する構造とすることが好ましい。

ガラス管７は、上型２ａ及びスリーブ３の周囲を囲むようになっており、これにより成形用のチャンバーの側壁として機能する。この実施の形態におけるチャンバーは、ガラス管７と、ベローズ１１と、調整板４１とによって囲まれた空間により構成されるものである。

下型２ｂが取り付けられる下軸５ｂは、架台２４から立設した状態で下フランジ１０に支持されている。下フランジ１０は、下軸５ｂの周囲に駆動部分を有しており、この空洞部分１０ａから上述したチャンバーに対する空気及び不活性ガスの排出が行われるようになっている。このため、空気抜きを行う真空ポンプ２３が真空バルブ２２及び真空フランジ２１を介して下フランジ１０の空洞部分１０ａに接続されると共に、不活性ガス供給のガス抜きを行ってチャンバー内の圧力が過大とならないように調整する不活性ガス流出弁２０が空洞部分１０ａに接続されている。

さらに、下フランジ１０の上端面には、Ｏリング等のシールリング２５が突出状に設けられている。このシールリング２５には、図７に示すように、下降した反射板９の下端面が当接する。この当接により、反射板９の下端面が封鎖されるため、密閉空間としてのチャンバーを形成することが可能となっている。

駆動手段としての駆動シリンダ１６は、圧力調整弁１７に接続されることにより、そのピストンロッド１６ａが３段階で位置決め停止するように制御される。ピストンロッド１６ａは、ガラス素材１またはプレス成形された光学素子を挿脱する挿脱位置（図１）と、スリーブ３による上下型２ａ，２ｂ相互の位置合わせ位置（図７）と、ガラス素材１を所望の光学素子とするためのプレス終了位置との３箇所で停止するように制御されるものである。

図２及び図３は、スリーブ３による上下型２ａ，２ｂの芯合わせを行う構造を示し、スリーブ３の下端内周面には、下型２ｂに向かって径が漸増するテーパ状の誘導面４４が形成されている。これに対し、下型２ｂの上端外周面にはスリーブ３側の誘導面４４が対応したテーパ状の誘導面４５が形成されている。これらの誘導面４４、４５が基準となって下型２ｂがスリーブ３に同心的に嵌合するため、上下型２ａ，２ｂの芯合わせが可能となっている。

次に、図２〜図８を参照して光学素子をプレス成形する方法を説明する。

ガラス素材１を下型２上に載置してセットした後、圧力制御弁１７の制御によって駆動シリンダ１６が作動し、そのピストンロッド１６ａが伸長する。ピストンロッド１６ａが伸長すると、吊り押しブロック１５が下降し、吊り押しブロック１５に支えられている軸支持体１３と、加熱炉関連部材である吊りロッド１４、赤外線ヒータ８、反射板９及びガラス管７と、成形軸関連部材であるベローズ１１、調整玉１２、上軸５ａ、上型２ａ及びスリーブ３が下降を始める。

この下降工程では、スリーブ３と下型２ｂとが接触する。かかる接触状態は、図２に示すＡパターンと、図３に示すＢパターンと、これらが混在したＡ＆Ｂパターンとがある。

Ａパターンはスリーブ３と下型２ｂの位置ずれがプレス方向と直交状に交差する水平方向のズレであり、ズレ量△ａは例えば、０．２ｍｍである。このズレ量△ａはスリーブ３と下型２ｂとの嵌合時間により変化するが、この実施の形態においては、スリーブ３内面と下型２ｂ外面との公差が０．００６ｍｍのときである。

パターンＢはスリーブ３と下型２ｂの中心軸が、例えば傾き量△ｂが０．１度傾いたときの補正である。そのとき、反射板９は下フランジ１０上のシールリング２５に接触して密閉空間を形成する。

上型２ａの下降途中で、スリーブ３の内面と下型２ｂの外面とに設けた誘導面４４，４５が相互に接触した場合は、上型２ａ、上軸５ａ、ベローズ１１の自重によってα方向（図２（ａ）参照）へのシフトが生じ、水平方向の移動のズレα’を補正する。この場合、駆動シリンダ１６の駆動による下降速度は、５ｍｍ／ｓｅｃ〜２５ｍｍ／ｓｅｃ程度が良好であり、特に１０ｍｍ／ｓｅｃ程度が良好である。あまり速度が速いと、誘導面４４，４５でこじってしまい、速度が遅すぎると誘導面４４，４５での滑りが悪くなるためである。また、誘導面４４，４５の面粗さは１．６Ｓ以下にすることが望ましく、コーナ部にバリがないことは当然である。誘導面４４，４５の接触により、スリーブ３は下型２ｂと同軸になるが、そのときは上型２ａと、フック６を介して上型２ａを保持している上軸５ａとが同時に補正される。これは図４に示すように、α’＝０．２ｍｍの水平方向の移動が、上軸５ａ側の調整板４２が調整玉１２によってスリーブ３の挿入方向へ回転を行い移動するためである。

一方、上型２ａの下降途中で、図３のように傾き量△ｂ＝０．１度の状態で、誘導面４４，４５が相互に突き当たる場合は、矢印βで示す斜め方向への挿入動作が生じる。この矢印βの斜め方向への挿入動作に対しては、誘導面４４，４５によって矢印β’方向への補正が作用して軸が一致する。矢印β方向への力は、上型２ａ、上軸５ａ、ベローズ１１の自重により作用するものである。

図５は図３の状態に対応するものであり、このとき上軸５ａは調整玉１２より離れている。これに対し、駆動シリンダ１６の駆動による下降を行うと、一つの調整玉１２ａが下降運動を行い、下型２ｂにスリーブ３の内面が当接すると徐々に隙間が大きくなる。このとき、この隙間が生じる度に、別の調整玉１２ｂが回転してβの方向へ傾き力を生じさせる。これにより、下降が進むにつれて徐々に傾き量△ｂ＝０．１ｍｍが補正される。なお、このときの誘導面４４，４５の傾き角度は、同軸方向に１０度〜３０度程度が良好であり、特に、１５度程度が望ましい。あまり角度が大きいと水平方向での補正が難しくなる一方、角度が小さいと補正量が小さくなるためである。

図６は、以上の作動に連動したベローズ１１の作動を示す。スリーブ３への下型２ｂの挿入の際に、矢印β’方向への補正が行われるときは、同図（ａ）に対し、ベローズ１１は同図（ｂ）で示すように、Δθ１だけ傾き、水平方向へα’の補正が行われるときは、同図（ｃ）で示すように、ベローズ１１が水平方向にα’ずれるように変位する。これにより、ベローズ１１が補正の支障となることがなくなる。

以上によって、スリーブ３に下型２ｂが挿入し、さらに駆動シリンダ１６の駆動によって下降を行うと、図７に示すように、反射板９及びガラス管７が上下型２ａ、２ｂ及びスリーブ３の周囲を囲んだ状態となる。このとき、反射板９の底面が下フランジ１０上面のシールリング２５と接触する。この接触によって、吊りロッド１４と軸支持体１３との隙間△Ｃが２ｍｍ程度となる。このように吊りロッド１４と軸支持体１３との間に隙間が発生することにより、ベローズ１１が収縮し、反射板９を始めとした加熱炉関連部材をシールリング２５が行い、シールリング２５は反射板９と下フランジ１０との間を密閉する。

以上の下降作動は、上型２ａがガラス素材１に当接した時点で終了する。このとき、位置検出センサーにより目的とした位置で停止させても良い。駆動シリンダ１６によるガラス素材１への加圧力は２０ｋｇｆ程度が良好である。すなわち、加熱炉関連部材である吊りロッド１４、赤外線ヒータ８、反射板９及びガラス管７の重量と、成形軸関連部材であるベローズ１１、調整玉１２、上軸５ａ、上型２ａ及びスリーブ３の重量とを合計した重量と略同等となるように加圧力を制御するものであり、これにより、調整玉１２から軸（調整板４２、上軸５ａ、上型２ａ、スリーブ３）が離れるときの重さの急激な変動を防止することができる。

以上の下降工程の終了によって、チャンバーが形成される。チャンバーは図７に示すように、反射板９内のガラス管７、ベローズ１１及び調整板４２によって形成される。

チャンバーを形成した後、チャンバー内を真空引きしてチャンバー内の空気を排出し、その後、不活性ガス流入弁１９から窒素を例えば、５リットル／ｍｉｎの流量で流入させる。このとき、チャンバー内の圧力が０．０５ｐａｓを超えないように不活性流出弁２０から窒素を排出する。

窒素の流入と同時に赤外線ヒータ８に電源が入り、上下型２ａ、２ｂとスリーブ３とガラス素材１とを加熱する。反射板９は赤外線ヒータ８の光を上下型２ａ、２ｂの取り付け部分にあるフック６に集光するようにして加熱を行う。加熱温度は、ガラス素材１の種類により異なるが、硝材が商品名ＬＡＭ６０の場合には、上下型２ａ、２ｂが６００℃となるように設定する（図８参照）。

加熱によってガラス素材１が十分軟化した後、圧力制御弁１７の制御によって駆動シリンダ１６からガラス素材１に圧力が加えられる。圧力が加えられると、吊り押しブロック１５は上軸５ａの上端面から荷重を掛け、上型５を通してガラス素材１へ伝える。ガラス素材１への荷重は、下型２ｂ、下軸５ｂ、下フランジ１０に伝えられ架台２４で支えられる。このときの圧力は、圧力制御弁１７により、例えば、２００ｋｇｆに増圧される（図８参照）。

プレスは例えば約１２０ｓｅｃ程度の一定時間行われる。プレス中は上下型２ａ、２ｂが横移動したり、傾き移動することなく、上下型２ａ、２ｂとスリーブ３との嵌合隙間（例えば約０．００６ｍｍ）が挿入された状態により行われる。

一定時間プレスした後、赤外線ヒータ８の出力をＯＦＦにして上下型２ａ、２ｂが所定の温度、例えば、３７０℃になるまで待機させる。所定温度になった時点でプレス圧力を２０ｋｇｆに戻し、窒素の流入量を３０リットル／ｍｉｎに増加させ、加圧されて成形された光学素子、上下型２ａ、２ｂ及びスリーブ３を急速冷却させる。成形する際の温度関係とプレスタイミングを図８に示す。

上下型２ａ、２ｂの温度が例えば、２００℃〜２５０℃になったとき、駆動シリンダ１６を駆動して、加熱炉関連部材である吊りロッド１４、赤外線ヒータ８、反射板９及びガラス管７と、調整板４２、上軸５ａ、上型２ａ、スリーブ３を上昇させる。すなわち、上昇により、吊り押しブロック１５は軸支持体１３を持ち上げ、それに連動して吊りロッド１４を通して反射板９、赤外線ヒータ８、ガラス管７を持ち上げる。さらに調整玉１２を通しベローズ１１と上軸５ａ、上型２ａ、スリーブ３を引き上げる。これにより、スリーブ３から下型２ｂが抜き取られる。

スリーブ３から下型２ｂを抜き取る際には、挿入時と同様にシフト・チルト調整機構４０の機能が必要となり、図２の状態で挿入されたものは、図２の状態に戻り、図３の状態で挿入されたものは、図３の状態の戻る。ここで、図３のパターンでの上昇では、水平に調整されている下型２ｂに倣うように図５の調整玉１２ａを押し上げ、スリーブ３は下型２ｂと同軸上に補正される。このようなスリーブ３、下型２ｂの挿入、取り外しをスムーズに行うには、調整ネジ２７を用いてスリーブ３の位置を精度良く調整することが望ましい。

スリーブ３が下型２ｂと離れ、駆動シリンダ１６のピストンロッド１６ａが上端まで上昇した後、プレス成形された光学素子を取り出す。このときの上下型２ａ、２ｂの温度は、例えば２００℃〜２５０℃である。

図７には、下降時における吊りロッド１４の相対的な上昇量ΔＣと、上下型２ａ、２ｂの間隔Ｆと、調整板４２と反射板９との間隔Ｄと、調整板４２と軸支持体１３との間隔Ｅとを示してある。これらの関係を、Ｆ＜ΔＣ＜Ｄ＜Ｆとすることにより円滑な作動を確保することができる。

このような実施の形態では、ガラス素材１またはプレスされた光学素子を挿脱する挿脱位置、スリーブ３による成形型２ａ、２ｂ相互の位置合わせ終了位置及びガラス素材１を所望の光学素子とするプレス終了位置の３段階位置への上型２ａの移動を同じ駆動シリンダ１６によって行うため、上下から２ａ、２ｂの芯合わせ及びプレス成形を単一の駆動シリンダ１６により行うことが可能となる。これにより、移動のための駆動手段の数を少なくすることができ、構造が簡単で、制御が容易となる。また、上下型２ａ、２ｂの芯合わせ工程及びプレス成形の工程を連続的に行うことができるため、全体の成形時間を短縮することができる。

特に、この実施の形態では、下型２ｂをスリーブ３に挿入する際に、シフト・チルト調整機構４０の調整玉１２で支持して上型２ａ、上軸５ａ及びスリーブ３を吊り下げ、下型２ｂ及びスリーブ３の誘導面４４，４５の突き当てによって芯合わせの補正を行い、さらに、調整玉１２により微調整を行うため、下型２ｂとスリーブ３の隙間公差が小さいときでも対応が可能となっている。これにより、上下型２ａ、２ｂ及びスリーブ３の温度が２００℃〜２５０℃の温度領域でも挿入や着脱動作が可能となり、迅速な成形を行うことができる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２を示す。

この実施の形態では、複数のシフトばね３０及び複数のチルトばね３１を設けるものである。これらのばね３０，３１は、ばね支持体３２に取り付けられており、ばね支持体３２は軸支持体１３の周囲に配置されている。シフトばね３０は、ばね支持体３２から水平方向に延びて軸支持体１３に連結されている。このシフトバネ３０は、円周上の４方向から軸支持体１３に連結されており、軸支持体１３を水平方向に沿って移動させることが可能となっている。また、チルトばね３１は上下方向に延びて軸支持体１３に連結されている。チルトばね３１は、円周上の４方向から軸支持体１３に連結され、これにより軸支持体１３を上下方向に移動させることが可能となっている。

これに対し、軸支持体１３には、上軸５ａが取り付けられていると共に、上軸５ａに上型２ａが取り付けられ、上型２ａにスリーブ３が固定されているため、スリーブ３はシフトバネ３０及びチルトばね３１によって、水平方向及び上下方向に移動可能となっている。

ばね支持体３２にはチャンバー部材２８が取り付けられている。チャンバー部材２８は、上型２ａ、スリーブ３及び下型２ｂを含む領域を囲むように筒状となっている。このチャンバー部材２８には、吊りロッド１４が上方に向かって屈曲状に連設しており、吊りロッド１４がばね支持体３２を上下動可能に貫通している。さらに、軸支持体１３とチャンバー部材２８とは、弾性部材としてのベローズ１１によって連結されている。従って、チャンバー部材２８が上下動するのに伴ってベローズ１１が伸縮するようになっている。

チャンバー部材２８の下端面は、下フランジ１０に対向しており、下フランジ１０の上面に突出状に取り付けられたシールリング２５と接触することにより、成形を行う密閉状のチャンバーを形成するようになっている。

この実施の形態では、型ヒータ２９によって上下型２ａ，２ｂを加熱するようになっている。このため、上下軸５ａ，５ｂ及び上下型２ａ，２ｂの中心部分にはヒータ用孔が形成されており、このヒータ用孔の内部に型ヒータ２９が取り付けられている。なお、ヒータ用孔の周囲には、Ｏリング（図示省略）が配置されることにより上下軸５ａ，５ｂと上下型２ａ，２ｂとが密閉状態で連結されるようになっている。型ヒータ２９の電極は、セラミックスによって囲まれた状態となっており、これにより低真空度でのショートを防止していると共に、着脱を簡単に行うことが可能となっている。この場合、電極とセラミックスとは接着剤を介して固着されるものである。なお、上下軸５ａ，５ｂには、冷却媒体が循環するようになっており、これにより過剰な加熱が防止されている。

軸支持体１３には、吊り押しブロック１５が係合状態で貫通しており、吊り押しブロック１５が駆動手段としての駆動シリンダ１６のピストンロッド１６ａに取り付けられることにより、駆動シリンダ１６が駆動すると、軸支持体１３が上下動するようになっている。駆動シリンダ１６は、実施の形態１と同様に圧力制御弁１７の制御によって駆動する。この駆動は、ガラス素材１またはプレス成形された光学素子を挿脱する挿脱位置と、スリーブ３による上下型２ａ，２ｂ相互の位置合わせ位置と、ガラス素材１を所望の光学素子とするためのプレス終了位置の３箇所で停止するように制御されるものである。

また、駆動シリンダ１６は、チャンバーの開閉作動を行うようになっている。すなわち、駆動シリンダ１６の駆動によって軸支持体１３が上昇するときは、これに連動してチャンバー部材２８、ばね支持体３２が上昇し、チャンバーが開放される。このとき、スリーブ３は上軸５ａ及び上型２ａと共に上昇して下型２ｂと切り離される。チャンバーは、チャンバー部材２８と、ベローズ１１と軸支持体１３とシールリング２５と下フランジ１０によって形成されるものである。

この実施の形態による光学素子のプレス成形は、まず、その中心が下型２ｂの中心と一致するようにガラス素材１を下型２ｂに載置する。ガラス素材１の載置の後、駆動シリンダ１６が駆動することにより軸支持体１３、上軸５ａ、上型２ａ及びスリーブ３が下降する。これと共に、チャンバー部材２８が下降して下フランジ１０上のシールリング２５に接触し、上述したチャンバーを形成する。スリーブ３の下降により、スリーブ３内に下型２ｂが挿入され、実施の形態１と同様に上下型２ａ，２ｂの中心が一致する芯合わせが行われる。

チャンバーの形成の後、ベローズ１１に取り付けられた不活性ガス流入弁１９からチャンバー内に窒素ガスを導入する。窒素ガスの流入量は、例えば１０ｍｍｌ／ｍｉｎに調整される。流入された窒素ガスは、下フランジ１０の不活性ガス流出弁２０から排出される。この窒素ガスの流入によってチャンバー内の酸素濃度が低くなり、この状態で型ヒータ２９によって上下型２ａ，２ｂ、スリーブ３及びガラス素材１を加熱する。加熱温度は、ガラス素材１が硝材ＬＡＭ６０の場合、上下型２ａ，２ｂが約６００℃となるように設定される。

この実施の形態において、上下型は型ヒータ２９によって内部から加熱すると共に、スリーブ３の表面に窒素ガスを吹き付けるため、スリーブ３よりも上下型２ａ，２ｂの温度が高くなる。このため、上下型２ａ，２ｂとスリーブ３との隙間をこれらの熱膨張差によって小さくすることができる。例えば、隙間が０．０００６ｍｍのときには、上下型２ａ，２ｂとスリーブ３との間で５０〜８０℃の温度差が生じるものである。

加熱温度が目的の温度に達した後、その温度を所定時間、例えば１０分保持することによりガラス素材１を十分に軟化させる。その後、駆動シリンダ１６が駆動してガラス素材１をプレスする。プレス圧力は、例えば約２００ｋｇｆであり、圧力制御弁１７により制御される。このプレスにより、光学素材１が所望の光学素子となる。プレス状態を一定時間、例えば１２０秒保持した後、窒素ガスの流入量を例えば５０ｍｌ／ｍｉｎに増加させることにより、スリーブ３、上下型２ａ，２ｂ及び光学素子を冷却する。この冷却によって、上下型２ａ，２ｂが所定の温度、例えば３８０℃になった時点でプレス圧力を解除する。その後、上軸５ａ、上型２ａを３ｍｍ程度上昇させて光学素子と上型２ａとの接触を解除する。さらに、上下型２ａ，２ｂの温度が下がったとき（例えば２００℃）、駆動シリンダ１６がさらに上昇方向に駆動してチャンバーを開放し、窒素ガスの流入が停止する。

このような実施の形態では、実施の形態１と同様に、ガラス素材１またはプレスされた光学素子を挿脱する挿脱位置、スリーブ３による成形型２ａ、２ｂ相互の位置合わせ終了位置及びガラス素材１を所望の光学素子とするプレス終了位置の３段階位置への上型２ａの移動を単一の駆動シリンダ１６によって行うため、駆動手段の数を少なくすることができ、構造が簡単で、制御が容易となると共に、上下型２ａ、２ｂの芯合わせ工程及びプレス成形の工程を連続的に行うことができるため、全体の成形時間を短縮することが可能となる。

また、この実施の形態では、シフトばね３０及びチルトばね３１が成形時の熱による上下軸５ａ，５ｂの膨張を吸収して順応するため、成形中におけるスリーブ３と上下型２ａ，２ｂとの間にきしみが生じることがなく、しかもプレス成形時の芯ずれを補正する必要がない。このため、良好な品質の光学素子を成形することができる。

また、上軸５ａ、上型２ａ及びスリーブ３が軸支持体１３を介してシフトばね３０及びチルトばね３１に弾性的に吊り下げた状態となっているため、下型２ｂの誘導面４５がスリーブ３に突き当たった衝撃を吸収することができる。このため、重量による補正だけで芯合わせを行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１における成形装置の全体を示す部分破断側面図である。（ａ），（ｂ）はシフト方向の芯合わせを行う作動を示す断面図である。（ａ），（ｂ）はチルト方向の芯合わせを行う作動を示す断面図である。実施の形態１のシフト・チルト調整機構におけるシフト方向の作動を示す側面図である。実施の形態１のシフト・チルト調整機構におけるチルト方向の作動を示す側面図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）はベローズの作動を示す側面図である。上下型の位置合わせ終了状態を示す成形装置の部分破断側面図である。実施の形態１の作動を示すタイミングチャートである。実施の形態２の成形装置を示す部分破断側面図である。

１光学素材
２ａ上型
２ｂ下型
３スリーブ
５ａ上軸
５ｂ下軸
１１ベローズ
１２調整玉
１６駆動シリンダ
１７圧力制御弁
４０シフト・チルト調整機構
４２調整板

Claims

加熱軟化されたガラス素材を一対の成形型によってプレスすることにより、所望の光学素子とする成形装置において、
一方の成形型の外周に固定されており、当該一方の成形型と対向する側の上端外周面にテーパ状の誘導面が形成された他方の成形型が挿入されることにより成形型を相互に芯合わせする筒状のスリーブと、
ガラス素材またはプレスされた光学素子を挿脱する挿脱位置、前記スリーブによる成形型相互の位置合わせ終了位置及びガラス素材を所望の光学素子とするプレス終了位置のそれぞれの位置に前記成形型のどちらか一方を停止させる駆動手段と、
前記駆動手段により前記他方の成形型がスリーブに挿入される際に、前記スリーブ内周面と前記他方の成形型の誘導面とが接触することで、前記一方の成形型と当該一方の成形型に固定されたスリーブとをシフト・チルトさせるシフト・チルト調整機構と、
を備えることを特徴とする光学素子の成形装置。
前記駆動手段は、圧力制御可能なシリンダであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の成形装置。
前記成形型のどちらか一方が芯合わせ終了位置で停止したときに、一対の成形型、スリーブ及びガラス素材を囲む密閉空間を形成する一部となると共に、成形型のどちらか一方がプレス終了位置で停止したときに、前記密閉空間が小さくなるように伸縮する弾性部材をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の成形装置。