JP4383322B2 - 光学素子の成形装置及び成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、加熱軟化させた光学素子素材を加圧成形するための光学素子の成形装置及び成形方法に関し、特に、成形品たる光学素子の偏芯精度を安定的に維持することができるとともに、レンズ直径又は金型の摩耗等による偏芯精度の低下を防止することができる光学素子の成形装置及び成形方法に関する。

図４は従来の光学素子の成形型を示す平面図であり、図５は上記従来の光学素子の成形型を示す側面図である。これら図面において、従来の光学素子の成形型１００は、一対の上型（金型）１１０と下型（金型）１２０、及びスリーブ１３０を備えた構成となっており、固定部材（ストッパ）１４０及び押圧部材１５０によってスリーブ１３０を締め付け、上型１１０と下型１２０の光軸を一致させることにより、最終的な成形品たる光学素子の偏芯精度を確保していた。

具体的に、上型１１０と下型１２０は、それぞれ円柱状の金型本体の正面部に成形面１１１，１２１を形成するとともに、背面部にフランジ１１２，１２２を設けた構成となっている。スリーブ１３０は、一部に切欠部１３１を設けた弾性変形可能な断面略Ｃ字状となっており、上型１１０及び下型１２０の外周面と近似した寸法の内周面を有している。また、固定部材１４０は、上型１１０及び下型１２０を加熱、押圧、冷却するための図示しないステージに設置してある。押圧部材１５０は、その正面を略Ｖ字形状に切り欠いた当接面１５１を有している。

このような構成からなる従来の光学素子の成形型１００では、固定部材１４０と押圧部材１５０の間に成形型１００を配置し、押圧部材１５０を図示しない油圧シリンダ等の駆動手段によって前進させる（図中の白抜きの矢印参照）。

すると、該押圧部材１５０の当接面１５１によってスリーブ１３０が押圧され（図中の矢印Ｏ，Ｐ参照）、該スリーブ１３０がその真円度を保ちつつ弾性変形させられ、該スリーブ１３０と上型１１０及び下型１２０のクリアランスが減少して、これら上型１１０及び下型１２０の光軸を一致させていた。
特開２００４−１８９５２３号公報 特開平１０−１８２１７３号公報 特開平７−１７２８４７号公報 特開平７−２５３５号公報 特開平６−２０６１５６号公報 特開平４−２１６１０号公報 特開平１−３１７１３０号公報 特開昭６２−２９２６４０号公報 特開昭６０−１７１２３３号公報

ところが、上述した従来の光学素子の成形型及び成形方法では、スリーブ１３０の真円度を保ちつつこれを弾性変形させていたので、押圧部材１５０による締め付け開始時において、上型１１０及び下型１２０が切欠部１３１の近傍に位置するような場合は、大きな摩擦抵抗による摺動不良が生じてしまい（図４中の破線で囲んだ箇所参照）、上型１１０と下型１２０の光軸を一致させることができないという問題があった。

このため、従来の光学素子の成形型及び成形方法では、最終的な成形品である光学素子の偏芯精度を安定的に維持することができず、例えば、直径の極めて小さいレンズなどを成形する場合、又は上型１１０と下型１２０の摩耗などにより、偏芯精度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、成形品たる光学素子の偏芯精度を安定的に維持することができるとともに、レンズ直径又は金型の摩耗等による偏芯精度の低下を防止することができる光学素子の成形装置及び成形方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光学素子の成形装置は、加熱軟化させた光学素子素材を加圧成形する光学素子の成形装置であって、一対の円柱状の金型と、一部に切欠部を設けた弾性変形可能な断面略Ｃ字状となっており、これら金型の外径と近似した寸法の内径を有するスリーブとを備え、前記スリーブの自由状態における内径を各金型の外径よりも小さくすることにより、該スリーブに挿入した各金型に締め付け力を与える構成としてある。

好ましくは、前記スリーブの切欠部近傍に、該スリーブの接線方向に延びる押圧部を延設し、該押圧部を加圧することにより、前記スリーブを弾性変形させる構成、又は、少なくとも二以上の前記スリーブを一体化した構成とし、より好ましくは、並列に一体化した二つの前記スリーブの各切欠部近傍に、該スリーブの接線方向に延びる押圧部を、互いの端部が対向且つ近接するように延設し、これら押圧部の各端部を同時に加圧することにより、両スリーブを同時に弾性変形させる構成とする。

好ましくは、前記スリーブに各金型及び光学素子素材を挿入した型セットの搬送路上で、各金型のプレス方向と直交する方向に設置され、前記スリーブの一側に当接するストッパと、前記スリーブの他側から前記押圧部を加圧する押圧手段とを備えた構成とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の光学素子の成形方法は、上記光学素子の成形装置を用いた光学素子の成形方法であって、前記スリーブを弾性変形させることにより、該スリーブを開いた状態にして各金型及び前記光学素子素材を挿入し、その後、該スリーブを自由状態とすることにより、各金型に締め付け力を与えて型セットを構成する準備工程を含むようにしてある。

好ましくは、前記型セットを構成する各金型をプレスしつつ、前記光学素子素材を加熱及び／又は押圧する工程において、前記スリーブを弾性変形させることにより、該スリーブを開いた状態にして各金型を摺動可能とするようにする。

好ましくは、前記型セットを構成する各金型をプレスしつつ、前記光学素子素材を冷却する工程において、前記スリーブを弾性変形させることにより、該スリーブを閉じた状態にして各金型の締め付け力を増加させるようにする。

本発明の光学素子の成形装置及び成形方法によれば、スリーブに挿入した各金型に締め付け力が与えられることにより、各金型の光軸を互いに一致させることができ、成形品たる光学素子の偏芯精度を安定的に維持することができる。特に、成形品たるレンズ直径に影響を受けず、また、金型の摩耗等による偏芯精度の低下を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る光学素子の成形装置及び成形方法について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光学素子の成形装置を構成するスリーブの平面図である。図２は本発明の一実施形態に係る光学素子の成形装置の概略側面図である。図３は上記光学素子の成形装置の概略平面図である。なお、以下に説明する本発明の実施形態において、図４又は図５に示す従来の成形型と同一の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図１において、１０はスリーブ群ブロックであり、四つのスリーブ１１，１１，１１，１１を上下及び左右対称的に一体化した構成としてある。各スリーブ１１は、一部に切欠部１１ａを設けた弾性変形可能な断面略Ｃ字状となっており、一対の上型１１０と下型１２０の外径Ｒ１に近似した寸法の内径Ｒ２の内周面１１ｂを有している。

ここで、各スリーブ１１の内径Ｒ２は、該スリーブ１１が弾性変形していない自由状体において、上型１１０及び下型１２０の外径Ｒ１よりも小さくしてあり、該スリーブ１１に挿入した上型１１０及び下型１２０に締め付け力を与える構成としてある。

各スリーブ１１の切欠部１１ａ近傍には、該スリーブ１１の接線方向に延びる押圧部１２が延設してあり、該押圧部１２の端面１２ａ又は１２ｂを加圧することにより、該スリーブ１１を弾性変形させることができる。すなわち、押圧部１２の端面１２ａを加圧すると、スリーブ１１が開くように弾性変形し、端面１２ｂを加圧すると、スリーブ１１が閉じるように弾性変形するようになっている。

さらに、図中の左右並列に一体化した二つのスリーブ１１，１１の各切欠部１１ａ近傍には、該スリーブ１１の接線方向に延びる押圧部１３，１３を、互いの端部が対向且つ近接するように延設してある。これにより、該押圧部１３，１３の各端部に形成した略ハ字状の傾斜端面１３ａ，１３ａを、押圧治具２０の略ハ字状の傾斜当接面２０ａ，２０ａにより同時に加圧することで、両スリーブ１１，１１を同時に閉じるように弾性変形させることができる。

図２の概略側面図において、１は本実施形態に係る光学素子の成形装置であり、加熱炉であるチャンバー２内に加熱、プレス及び冷却を５段階で行うためのステージＳ１〜Ｓ５を備えている。また、各ステージＳ１〜Ｓ５は、それぞれ上下一対のヒータプレート１Ａと１Ｂ、２Ａと２Ｂ、３Ａと３Ｂ、４Ａと４Ｂ、５Ａと５Ｂからなり、上側のヒータプレート１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａは、それぞれ油圧シリンダ６により昇降動作する構成としてある。

なお、７は型セットであり、図１に示すスリーブ群ブロック１０の各スリーブ１１内に、上型１１０と下型１２０との間に光学素子素材１６０（図５参照）を挟持したものをそれぞれ挿入したものである。

図３の概略平面図において、本光学素子の成形装置１におけるステージＳ２，Ｓ３の搬送方向に沿った両側（プレス方向と直交する方向）には、搬送されてきた型セット７を構成するスリーブ群ブロック１０を加圧変形させ、各スリーブ１１を開かせるための一対のストッパ８，８及び押圧手段９，９がそれぞれ配設してある。

各ストッパ８は、ステージＳ２，Ｓ３に固定してあり、スリーブ群ブロック１０の一側に形成した各押圧部１２の端面１２ａ，１２ａに当接して、該スリーブ群ブロック１０を保持する。

各押圧手段９は、油圧シリンダ９１のシリンダロッド９２先端に半球状の当接部９３を設け、該当接部９３により矩形の押圧治具９４を加圧する構成となっている。該油圧シリンダ９１により加圧された押圧治具９４は、スリーブ群ブロック１０の他側に形成した各押圧部１２の端面１２ａ，１２ａに当接し、一側を前記ストッパ８に保持されたスリーブ群ブロック１０全体を加圧する。これにより、一側及び他側の各押圧部１２が同時に押圧され、全てのスリーブ１１が開くように弾性変形するようにしてある。

なお、油圧シリンダ９１のシリンダロッド９２と押圧治具９４とを分離させているので、これらシリンダロッド９２又は押圧治具９４と、スリーブ群ブロック１０との間で互いの中心に傾きが生じた場合でも、押圧治具９４の姿勢変動により傾きを吸収し、該押圧治具９４を各押圧部１２の端面１２ａ，１２ａに当接させることができる。

一方、本光学素子の成形装置１におけるステージＳ４の搬送方向に沿った両側には、スリーブ群ブロック１０を加圧変形させ、各スリーブ１１を閉じさせるための一対の前記押圧治具２０、及びこれと同一構成の押圧治具２０をシリンダロッド９２の先端に取り付けた押圧手段９がそれぞれ配設してある。

ステージＳ４の搬送方向を境にした一側の押圧治具２０は、該ステージＳ４に固定してあり、スリーブ群ブロック１０の一側に形成した各押圧部１３の傾斜端面１３ａ，１３ａに当接して、該スリーブ群ブロック１０を保持する。

また、ステージＳ４の搬送方向を境にした他側の押圧治具２０は、油圧シリンダ９１により押圧され、スリーブ群ブロック１０の他側に形成した各押圧部１３の傾斜端面１３ａ，１３ａに当接し、前記一側の押圧治具２０に保持されたスリーブ群ブロック１０全体を加圧する。これにより、一側及び他側の各押圧部１３が同時に押圧され、全てのスリーブ１１が閉じるように弾性変形するようにしてある。

さらに、図３における３０は送り手段であり、図示しないベルトに複数の棒状体３１，３１…を所定の間隔で取り付けた構成としてある。前記ベルトを間欠的に回転させることにより、各棒体３１で型セット７を押し出してステージＳ１〜Ｓ５へと順に型セット７を送り出す。

次に、本発明の一実施形態に係る光学素子の成形方法について、図１〜図３を参照しつつ説明する。本光学素子の成形方法は、上述した図２及び図３に示す光学素子の成形装置１を用いて実施されるものであり、該成形装置１のステージＳ１〜Ｓ５は、予め定められた設定温度を維持するように制御されている。なお、本実施形態では、成形素子素材１６０（図５参照）としてガラス素材を用いている。

すなわち、ステージＳ１〜Ｓ３では加熱、ステージＳ４，Ｓ５では冷却を行い、その温度は、Ｓ１＜Ｓ２，Ｓ３＞Ｓ４＞Ｓ５という関係に設定してある。さらに、ステージＳ２〜Ｓ４では加熱，冷却に加えて押圧、成形も行っており、その押圧量比率は、Ｓ２＝５４％、Ｓ３＝４５％、Ｓ４＝１％としてある。このように、ステージＳ１では、光学素子素材１６０を変形可能な温度まで加熱させ、ステージＳ２〜Ｓ４では、光学素子素材１６０が変形可能な温度を維持している。なお、ステージＳ５では、最終的な成形品の割れを防止するために光学素子素材１６０を冷却しており、該光学素子素材１６０の変形は主として収縮のみである。

［準備工程］
図１及び図３のＳ０に示すように、スリーブ群ブロック１０の各押圧部１２の端面１２ａ，１２ａを加圧して、各スリーブ１１を開いた状態に弾性変形させる。そして、各スリーブ１１に上型１１０，下型１２０及び光学素子素材１６０を挿入し、その後、各スリーブ１１を自由状態とすることにより、上型１１０及び下型１２０に締め付け力を与えて型セット７を構成する。該型セット７は成形装置１の送り手段３０によりステージＳ１〜Ｓ５へと順次搬送される。

［加熱工程］
図２に示すように、型セット７がステージＳ１の下側ヒータプレート１Ｂ上に搬送されると、図示しない制御部が油圧シリンダ６を駆動させ、上側ヒータプレート１Ａを該型セット７の上型１１０背面部に接触させる。これにより、上型１１０及び下型１２０の各背面部を介した熱伝達により、これら上型１１０及び下型１２０の各成形面に挟持された光学素子素材１６０を加熱する。ステージＳ１では、上下ヒータプレート１Ａ，１Ｂを、ガラス素材の成形温度である５００℃よりも１０℃〜４０℃低い温度に設定してある。

このようなステージＳ１における加熱工程は、光学素子素材１６０を成形温度以下の所定温度に加熱することを目的とし、上側ヒータプレート１Ａによる押圧、成形は行われない。また、図３に示すように、上型１１０及び下型１２０には、各スリーブ１１（図１参照）の締め付け力が付与されている。

［押圧、成形工程１］
次いで、図２に示すように、上記加熱工程を経た型セット７がステージＳ２の下側ヒータプレート２Ｂ上に搬送されると、前記制御部が油圧シリンダ６を駆動させ、上側ヒータプレート２Ａにより該型セット７の上型１１０背面部を、大きな押圧力（５４％）でプレスさせる。ステージＳ２では、上下のヒータプレート２Ａ，２Ｂを、ガラス素材の成形温度である５００℃に設定してある。

また、このとき、図３に示すように、前記制御部が押圧手段９を駆動させ、型セット７を構成するスリーブ群ブロック１０を加圧させる。これにより、押圧手段９の押圧治具９４及びストッパ８が、該スリーブ群ブロック１０の各押圧部１２の端面１２ａ，１２ａに当接し、各スリーブ１１を開いた状態に弾性変形させる（図１参照）。この結果、各スリーブ１１内の上型１１０及び下型１２０が摺動可能となり、上側ヒータプレート２Ａのプレスによる光学素子素材１６０の押圧、成形が可能となる。

［押圧、成形工程２］
次いで、図２に示すように、上記１回目の押圧、成形工程を経た型セット７がステージＳ３の下側ヒータプレート３Ｂ上に搬送されると、前記制御部が油圧シリンダ６を駆動させ、上側ヒータプレート３Ａにより該型セット７の上型１１０背面部を、前記ステージＳ２のときより小さな押圧力（４５％）でプレスさせる。ステージＳ３では、前記ステージＳ２と同様、上下のヒータプレート３Ａ，３Ｂを、ガラス素材の成形温度である５００℃に設定してある。

このときも、図３に示すように、前記ステージＳ２と同様、前記制御部が押圧手段９により、スリーブ群ブロック１０の各スリーブ１１（図１参照）を開いた状態に弾性変形させ、各スリーブ１１内の上型１１０及び下型１２０を摺動可能とする。

［冷却工程１］
次いで、図２に示すように、上記２回目の押圧、成形工程を経た型セット７がステージＳ４の下側ヒータプレート４Ｂ上に搬送されると、前記制御部が油圧シリンダ６を駆動させ、上側ヒータプレート４Ａにより該型セット７の上型１１０背面部を、極めて小さな押圧力（１％）でプレスさせる。ステージＳ４では、上下のヒータプレート４Ａ，４Ｂを、ステージＳ２，Ｓ３よりも低い温度に設定してあり、上型１１０及び下型１２０の各背面部から吸熱することで光学素子素材１６０の冷却を行っている。

また、このとき、図３に示すように、前記制御部が押圧手段９を駆動させ、スリーブ群ブロック１０の各押圧部１３の傾斜端面１３ａを、一対の押圧治具２０，２０により加圧させる（図１参照）。これにより、各スリーブ１１が閉じた状態となり、各スリーブ１１が上型１１０及び下型１２０に付与する締め付け力が増大される。この結果、本冷却工程中の光学素子素材１６０を上型１１０及び下型１２０の各成形面に沿って収縮させることができる。

［冷却工程２］
その後、図２及び図３に示すように、上記１回目の冷却工程を経た型セット７が、ステージＳ５の下側ヒータプレート５Ｂ上に搬送されると、前記制御部が油圧シリンダ６を駆動させ、上側ヒータプレート５Ａを該型セット７の上型１１０背面部に接触させて冷却を行う。

ステージＳ５では、上下ヒータプレート１Ａ，１Ｂを、前記ステージＳ４よりもさらに低い温度に設定してあり、上述したように、上型１１０及び下型１２０内の光学素子素材１６０の割れ防止を目的とした冷却を行っている。したがって、上側ヒータプレート５Ａによって上型１１０を押圧せず、光学素子素材１６０の変形は主として収縮のみとなっている。

［成形品の取り出し工程］
最後に、図１及び図３のＳ６に示すように、スリーブ群ブロック１０の各押圧部１２の端面１２ａ，１２ａを加圧して、各スリーブ１１を開いた状態に弾性変形させる。そして、各スリーブ１１から上型１１０，下型１２０及び光学素子素材１６０を分離させ、成形品たる光学素子を取り出す。

以上、説明したように、本実施形態に係る光学素子の成形装置によれば、スリーブ群ブロック１０の各スリーブ１１に挿入した上型１１０及び下型１２０に締め付け力が与えられることにより、これら上型１１０及び下型１２０の光軸を互いに一致させることができ、成形品たる光学素子の偏芯精度を安定的に維持することができる。特に、成形品たるレンズ直径に影響を受けず、また、金型の摩耗等による偏芯精度の低下を防止することができる。

また、各スリーブ１１の切欠部１１ａ近傍に延設した押圧部１２，１３を加圧することにより、各スリーブ１１を容易に弾性変形させて、上型１１０及び下型１２０に対する締め付け力を付与又は解除することができる。

特に、一対の押圧部１３，１３の端部を対向且つ近接するように延設し、これら端部の傾斜端部１３ａ，１３ａを同時に加圧して、各スリーブ１１を同時に弾性変形させることができる。さらに、型セット７の搬送路上の一側に設けたストッパ８、他側に設けた押圧手段９により、一対の押圧部材１２，１２の端面１２ａ，１２ａを同時に加圧して、各スリーブ１１を同時に弾性変形させることができる。

一方、本実施形態の光学素子の成形方法によれば、準備工程において、スリーブ群ブロック１０の各スリーブ１１に挿入した上型１１０及び下型１２０に締め付け力が与えられることにより、これら上型１１０及び下型１２０の光軸を互いに一致させることができ、成形品たる光学素子の偏芯精度を安定的に維持することができる。

また、押圧、成形工程において、各スリーブ１１を開いた状態に弾性変形させることにより、各スリーブ１１内の上型１１０及び下型１２０を摺動可能とすることができ、上型１１０及び下型１２０の光軸を互いに一致させた状態で、光学素子素材１６０を押圧、成形することができる。

さらに、冷却工程において、各スリーブ１１を閉じた状態に弾性変形させることにより、各スリーブ１１が上型１１０及び下型１２０に付与する締め付け力を増大させることができ、該冷却工程中の光学素子素材１６０を上型１１０及び下型１２０の各成形面に沿って収縮させることができる。これにより、最終的な成形品の面形状精度をより向上させることが可能となる。

これに加え、本実施形態のように、ステージＳ１で上型１１０及び下型１２０を成形温度以下の所定温度に一度加熱し、その後、ステージＳ２〜Ｓ４において、順次成形温度で加熱しながら成形を行うことで、光学素子素材１６０の温度にばらつきが生じにくくなり、最終的な成形品の面形状品質をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る光学素子の成形装置を構成するスリーブの平面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の成形装置の概略側面図である。 上記光学素子の成形装置の概略平面図である。 従来の光学素子の成形型を示す平面図である。 上記従来の光学素子の成形型を示す側面図である。

符号の説明

１ 光学素子の成形装置
２ チャンバー
１Ａ〜５Ａ 上側ヒータプレート
１Ｂ〜５Ｂ 下側ヒータプレート
６ 油圧シリンダ
７ 型セット
８ ストッパ
９ 押圧手段
９１ 油圧シリンダ
９２ シリンダロッド
９３ 当接部
９４ 押圧治具
１０ スリーブ群ブロック
１１ スリーブ
１１ａ 切欠部
１１ｂ 内周面
１２ 押圧部
１２ａ 端面
１２ｂ 端面
１３ 押圧部
１３ａ 傾斜端面
２０ 押圧治具
２０ａ 傾斜当接面
３０ 送り手段
３１ 棒状体
１１０ 上型（金型）
１２０ 下型（金型）

Claims (8)

1. 加熱軟化させた光学素子素材を加圧成形する光学素子の成形装置において、一対の円柱状の金型と、一部に切欠部を設けた弾性変形可能な断面略Ｃ字状となっており、これら金型の外径と近似した寸法の内径を有するスリーブとを備え、前記スリーブの自由状態における内径を各金型の外径よりも小さくすることにより、該スリーブに挿入した各金型に締め付け力を与えることを特徴とする光学素子の成形装置。
2. 前記スリーブの切欠部近傍に、該スリーブの接線方向に延びる押圧部を延設し、該押圧部を加圧することにより、前記スリーブを弾性変形させることとした請求項１記載の光学素子の成形装置。
3. 少なくとも二以上の前記スリーブを一体化したことを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子の成形装置。
4. 並列に一体化した二つの前記スリーブの各切欠部近傍に、該スリーブの接線方向に延びる押圧部を、互いの端部が対向且つ近接するように延設し、これら押圧部の各端部を同時に加圧することにより、両スリーブを同時に弾性変形させることを特徴とする請求項３記載の光学素子の成形装置。
5. 前記スリーブに各金型及び光学素子素材を挿入した型セットの搬送路上で、各金型のプレス方向と直交する方向に設置され、前記スリーブの一側に当接するストッパと、前記スリーブの他側から前記押圧部を加圧する押圧手段とを備えたことを特徴とする請求項２〜４いずれか記載の光学素子の成形装置。
6. 請求項１〜５記載の光学素子の成形装置を用いた光学素子の成形方法であって、前記スリーブを弾性変形させることにより、該スリーブを開いた状態にして各金型及び前記光学素子素材を挿入し、その後、該スリーブを自由状態とすることにより、各金型に締め付け力を与えて型セットを構成する準備工程を含むことを特徴とする光学素子の成形方法。
7. 前記型セットを構成する各金型をプレスしつつ、前記光学素子素材を加熱及び／又は押圧する工程において、前記スリーブを弾性変形させることにより、該スリーブを開いた状態にして各金型を摺動可能とすることを特徴とする請求項６記載の光学素子の成形方法。
8. 前記型セットを構成する各金型をプレスしつつ、前記光学素子素材を冷却する工程において、前記スリーブを弾性変形させることにより、該スリーブを閉じた状態にして各金型の締め付け力を増加させることを特徴とする請求項６又は７記載の光学素子の成形方法。