JP4908993B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ガラスレンズのようなガラス製の光学素子を精密プレス成形によって、多数のガラスプリフォームから量産する光学素子の製造方法に関する。
非球面レンズなどの高機能の光学素子を優れた量産性のもとに生産する技術として、精密プレス成形法（又は、モールドオプティクス法）と呼ばれる方法が知られている。このような方法は、例えば、特許文献１に記載されているように、光学ガラスからなるプリフォームを用意し、このプリフォームを加熱、軟化して、比較的高粘度の状態で高い圧力をかけてプレス成形することにより、プレス成形型の成形面を精密に転写して、レンズ面などの光学機能面を形成するとともに、光学素子全体の形状も成形する方法である。
特開２００２−２９７６３号公報
ところで、精密プレス成形法は、研磨加工を施すことなく光学機能面を形成するのを目的とすることから、プリフォームの表面に傷があると、その傷が、得られた光学素子の光学機能面にそのまま残ってしまうおそれがある。したがって、精密プレス成形法に供するプリフォームの表面に傷がつかないよう、その取扱いには、十分に注意する必要がある。
一方、精密プレス成形法は、高機能な光学素子を安価に量産することを目的に開発された技術であるから、低コストで、かつ、手間のかからない方法で、多数のプリフォームを取扱う必要がある。
一方、精密プレス成形法は、高機能な光学素子を安価に量産することを目的に開発された技術であるから、低コストで、かつ、手間のかからない方法で、多数のプリフォームを取扱う必要がある。
このように、プリフォームの取扱いには、プリフォームに傷をつけないように十分な注意を必要とするが、プリフォームの移送に際して、コストや手間のかかる梱包を行ったのでは、高機能な光学素子を安価に量産できるという精密プレス成形法の利点を損ねてしまうという問題があった。
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、低コストで、しかも簡易な手段で、多数のプリフォームを収容、梱包してなり、これによってプリフォームの取扱いを容易にすることができる包装体からプリフォームを取り出して、光学素子に精密プレス成形する光学素子の製造方法の提供を目的とする。
本発明に係る光学素子の製造方法は、回転対象軸を１本有し、当該軸の周りの任意の角度に対して対称であり、外側に凸の形状を有する多数のガラスプリフォームを精密プレス成形して光学素子を量産するにあたり、複数の収容凹部が所定の配列で設けられたトレー本体を有し、かつ、前記収容凹部を取り囲むようにして、前記トレー本体の外周に沿って設けられた外周壁を介して積み重ねられるようにされた、柔軟性材料からなる複数のトレーを用意し、前記ガラスプリフォームの表面の曲率と、プレス成形型の成形面の曲率の関係に応じて、前記トレー上に置く前記ガラスプリフォームの向きを一定に揃えて、前記収容凹部の全部又は一部に前記ガラスプリフォームが向きを揃えて収容された状態で積み重ねるとともに、フィルム材により一体に包み込んで包装体を作製する工程、前記包装体から前記ガラスプリフォームを取り出すプリフォーム取り出し工程、前記ガラスプリフォームを精密プレス成形する精密プレス成形工程を備え、前記プリフォーム取り出し工程から前記精密プレス成形工程に至るまで、前記ガラスプリフォームの向きが揃った状態を保つ方法としてある。
このような方法とした本発明によれば、低コストで、しかも簡易な手段で、多数のプリフォームを収容、梱包し、プリフォームの取扱いを容易にすることができ、多数のガラスプリフォームを精密プレス成形して光学素子を量産するにあたり、すべての精密プレス成形においてガストラップを有効に回避して、高い生産性のもとに高品質の光学素子を量産することができる。
また、このような方法とした本発明は、前記包装体を開封し、前記トレーから前記ガラスプリフォームを取り出し、前記ガラスプリフォームの表面にコート処理を施し、前記精密プレス成形工程へ送る処理操作を、前記ガラスプリフォームの向きを揃えた状態で行うようにしてもよく、前記包装体を開封し、前記トレーから前記ガラスプリフォームを取り出し、前記ガラスプリフォームを洗浄、乾燥工程を経て前記精密プレス成形工程へ送る処理操作を、前記ガラスプリフォームの向きを揃えた状態で行うようにしてもよい。さらに、前記包装体を開封し、前記トレーから前記ガラスプリフォームを取り出し、前記ガラスプリフォームを洗浄、乾燥工程により清浄な状態とし、その後、前記ガラスプリフォームの表面にコート処理を施してから前記精密プレス成形工程へ送る処理操作を、前記ガラスプリフォームの向きを揃えた状態で行うようにすることもできる。
また、本発明においてガラスプリフォームを梱包する前記包装体は、前記包装体に設けられた前記外周壁の下端縁が、直下に位置するトレーに設けられた外周壁の上端縁によって支持されるようにした構成とすることができる。
このような構成とすれば、積み重ねられた各トレーが、水平方向にずれないようにすることができる。
このような構成とすれば、積み重ねられた各トレーが、水平方向にずれないようにすることができる。
また、前記包装体は、前記トレーに収容された被収容物が、直上に積み重ねられたトレーによって押さえつけられている構成とすることができる。
このような構成とすれば、収容凹部内にプリフォームが固定された状態で梱包できる。
このような構成とすれば、収容凹部内にプリフォームが固定された状態で梱包できる。
また、前記包装体は、最上段に位置する被収容物が収容された前記トレーの上に、柔軟性材料からなる保護部材をさらに積み重ねた構成とすることができる。
このような構成とすれば、最上段のトレーに収容された被収容物が、フィルム材に直に接するのを防止して、被収容物に傷がつくなどの不具合を有効に回避することができる。
このような構成とすれば、最上段のトレーに収容された被収容物が、フィルム材に直に接するのを防止して、被収容物に傷がつくなどの不具合を有効に回避することができる。
また、前記包装体は、被収容物が収容されていない前記トレーを前記保護部材とした構成とすることができる。
このような構成とすれば、大きさや、形状などをトレーに適合させた保護部材を別途用意する必要がない。
このような構成とすれば、大きさや、形状などをトレーに適合させた保護部材を別途用意する必要がない。
また、前記包装体は、積み重ねられて前記フィルム材に包み込まれた前記トレーの周囲が、減圧状態とされている構成とすることができる。
このような構成とすれば、内外の気圧差によってフィルム材がトレーどうし、さらには、トレーと保護部材とを圧迫固定し、これによって、それらの間にあるプリフォームも固定されて、その状態で梱包することができる。
このような構成とすれば、内外の気圧差によってフィルム材がトレーどうし、さらには、トレーと保護部材とを圧迫固定し、これによって、それらの間にあるプリフォームも固定されて、その状態で梱包することができる。
また、前記包装体は、前記トレーに、帯電防止加工が施されている構成とすることができる。
このような構成とすれば、トレーが帯電して埃を引きつけてしまうのを防止することができる。
このような構成とすれば、トレーが帯電して埃を引きつけてしまうのを防止することができる。
以上のように、本発明によれば、低コストで、しかも簡易な手段で、多数のプリフォームを容易に取り扱うことができ、その結果、高機能な光学素子を安価に量産できるという利点を損なうことなく、種々の光学素子を精密プレス成形法により製造することができる。特に、本願発明にあっては、多数のガラスプリフォームを精密プレス成形して光学素子を量産するにあたり、すべての精密プレス成形においてガストラップを有効に回避して、高い生産性のもとに高品質の光学素子を量産することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
［包装体］
まず、本実施形態においてガラスプリフォームを梱包する包装体について説明する。
なお、図１は、当該包装体の概略を示す説明図であり、包装体１には、同一形状、等重量の複数のプリフォーム４０が収容、梱包されている。
まず、本実施形態においてガラスプリフォームを梱包する包装体について説明する。
なお、図１は、当該包装体の概略を示す説明図であり、包装体１には、同一形状、等重量の複数のプリフォーム４０が収容、梱包されている。
図１に示す包装体１は、精密プレス成形用のプリフォーム４０が被収容物として収容された状態で、複数のトレー１０が積み重ねられているとともに、その全体がフィルム材３０によって一体に包み込まれている。
このような包装体１において、トレー１０は、トレー本体１１と、トレー本体１１の外周に沿って設けられた外周壁１２とを備えている。トレー本体１１には、プリフォーム４０を収容する複数の収容凹部１３が所定の配列（図２に示す例では、等間隔で縦横６×６個）で設けられており、これらの収容凹部１３は、その全てが外周壁１２に取り囲まれている。
また、トレー本体１１に収容凹部１３を設けるにあたっては、隣接する収容凹部１３の間を仕切る仕切部１３ａを設けるのが好ましい。このようにすれば、隣接する収容凹部１３のそれぞれに収容されたプリフォーム４０どうしの接触を避け、接触による傷つきなどを防止することができる。
なお、図２は、トレー１０の概略を示す斜視図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
また、トレー本体１１に収容凹部１３を設けるにあたっては、隣接する収容凹部１３の間を仕切る仕切部１３ａを設けるのが好ましい。このようにすれば、隣接する収容凹部１３のそれぞれに収容されたプリフォーム４０どうしの接触を避け、接触による傷つきなどを防止することができる。
なお、図２は、トレー１０の概略を示す斜視図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
本実施形態において、トレー１０は、外周壁１２を介して積み重ねられるが、図示する例では、上下に隣接する二つのトレー１０のうち、上方に位置するトレー１０の外周壁１２の下端縁１２ｂが、その直下に位置するトレー１０の外周壁１２の上端縁１２ａに係合、支持されるようにして、プリフォーム４０が収容されたトレー１０の上に、別のトレー１０が積み重ねられるようになっている。これにより、積み重ねられた各トレー１０が、水平方向にずれないようにすることができるが、そのためには、図示するように、外周壁１２の側面を末広がり状とするとともに、その肉厚を一定にするのが好ましい。
また、外周壁１２は、トレー１０の強度を高めるリブとしての機能を発揮するとともに、複数のトレー１０を積み重ねていったときに、プリフォーム４０が収容される空間をトレー１０間に確保するためのスペーサとしても機能する。
外周壁１２をスペーサとして機能させるにあたっては、外周壁１２の下端縁１２ｂよりも収容凹部１３の裏面が上位に位置するようにするとともに、それぞれの収容凹部１３の間に形成される仕切部１３ａが、収容凹部１３に収容されたプリフォーム４０の頂部よりも低くなるようにするのが好ましい。このようにすることで、トレー１０に収容されたプリフォーム４０が、その直上に積み重ねられたトレー１０（より具体的には、当該トレー１０における収容凹部１３の底部裏面）によって押さえつけられるようにして、収容凹部１３内にプリフォーム４０が固定された状態で梱包できる。
外周壁１２をスペーサとして機能させるにあたっては、外周壁１２の下端縁１２ｂよりも収容凹部１３の裏面が上位に位置するようにするとともに、それぞれの収容凹部１３の間に形成される仕切部１３ａが、収容凹部１３に収容されたプリフォーム４０の頂部よりも低くなるようにするのが好ましい。このようにすることで、トレー１０に収容されたプリフォーム４０が、その直上に積み重ねられたトレー１０（より具体的には、当該トレー１０における収容凹部１３の底部裏面）によって押さえつけられるようにして、収容凹部１３内にプリフォーム４０が固定された状態で梱包できる。
また、トレー１０は、柔軟性（クッション性）を有する材料からなり、プリフォーム４０との接触によって、プリフォーム４０の表面に傷がついてしまうなどの不具合が生じないようにしている。このような柔軟性材料としては、緩発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンなど、緩衝材として一般に用いられているものを例示することができる。トレー１０は、これらの材料からなるシート材を真空成形などにより一体成形するのが、製造効率や、コスト管理の面から好ましく、真空成形によりトレー１０を一体成形する材料としては、特に、発泡ポリスチレンが好ましい。
また、プリフォーム４０が収容された状態で、複数のトレー１０を積み重ねるに際し、その最上段のトレー１０に収容されたプリフォーム４０が、フィルム材３０に直に接すると、プリフォーム４０の表面に傷がつくなどの不具合が生じるおそれがある。このため、プリフォーム４０が収容されて積み重ねられたトレー１０のうち、最上段に位置するトレー１０の上には、さらに、トレー１０と同様の柔軟性材料からなる保護部材２０を積み重ねておくのが好ましい。
保護部材２０としては、例えば、トレー１０の外周壁１２の内側に収まり、かつ、収容されたプリフォーム４０の全てを覆うような大きさ、形状の板状のものとすることができるが、図示する例では、空のトレー１０を保護部材２０として利用している。すなわち、プリフォーム４０が収容されていない空のトレー１０が、プリフォーム４０が収容されている最上段のトレー１０の上に積み重ねられている。このようにすれば、大きさや、形状などをトレー１０に適合させた保護部材を別途用意する必要がない。
以上のような包装体１は、その全体がフィルム材３０によって一体に包み込まれているところ、トレー１０の周囲を減圧状態として、プリフォーム４０を収容した状態で積み重ねられたトレー１０をフィルム材３０により減圧パックするのが好ましい。
減圧パックをするにあたっては、まず、収容凹部１３の全部又は一部にプリフォーム４０を収容したトレー１０を、搬送を考慮して決定される数だけ積み重ねる（目安としては、最大で２０段程度）。これとともに、その最上段に位置するトレー１０の上に、保護部材２０（図示する例では、空のトレー）をさらに積み重ね、これらを製袋されたフィルム材３０の中に入れる（図４参照）。
次いで、真空梱包機を用いて、フィルム材３０中に存在する空気などを十分に脱気してトレー１０の周囲を減圧状態とし、そのままフィルム材３０を密封して減圧パックする。真空梱包機としては、市販のノズル式真空梱包機や、チャンバー式梱包機を用いることができる。
なお、図４は、減圧パックの一工程の概略を示す説明図である。
次いで、真空梱包機を用いて、フィルム材３０中に存在する空気などを十分に脱気してトレー１０の周囲を減圧状態とし、そのままフィルム材３０を密封して減圧パックする。真空梱包機としては、市販のノズル式真空梱包機や、チャンバー式梱包機を用いることができる。
なお、図４は、減圧パックの一工程の概略を示す説明図である。
減圧パックした包装体１は、内外の気圧差によってフィルム材３０がトレー１０どうし、さらには、トレー１０と保護部材２０とを圧迫固定する。これにより、それらの間にあるプリフォーム４０も固定され、その状態で梱包されることになる。
ここで、上下に隣接するトレー１０のそれぞれに収容されたプリフォーム４０は、トレー１０を介して互いに圧迫されているため、トレー１０は、その緩衝材としての機能が損なわれないためにも、ある程度の厚みを要する。トレー１０の厚みは、少なくとも０．５ｍｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは１．０ｍｍ以上である。ただし、トレー１０が不必要に厚くなってしまうと材料費が嵩むだけでなく、梱包したときの体積が大きくなるとともに、輸送費も嵩んでしまうため、トレー１０の厚みは２．０ｍｍ以下であるのが好ましい。
また、プリフォーム４０は清浄な状態に保つ必要があり、精密プレス成形を行う環境も清浄な環境が求められる。このことからも、減圧パックにより包装体１を密封するのが好ましく、さらに、トレー１０には、帯電防止加工を施すことが好ましい。トレー１０に帯電防止加工を施すことによって、トレー１０が帯電して埃を引きつけてしまうのを防止することができ、プリフォーム４０をトレー１０に載せた状態でクリーンな精密プレス成形工程へ送ることが可能となる。
このとき、同様な帯電防止加工を保護部材２０やフィルム材３０に施してもよい。帯電防止加工としては、公知の加工法を適用することができる。
このとき、同様な帯電防止加工を保護部材２０やフィルム材３０に施してもよい。帯電防止加工としては、公知の加工法を適用することができる。
また、トレー１０は柔軟性材料からなり、適度の可撓性を有している。このため、減圧パック時に適度に変形して、トレー１０どうしの間や、トレー１０と保護部材２０との間に隙間ができ、これらの間の脱気を容易に行うことができる。このように、減圧パック時には、トレー１０が適度に変形して脱気を容易にするため、強度低下を招くおそれのある溝や、孔などをトレー１０に設けて、脱気を促すようにする必要がない。
なお、トレー１０が厚く必要以上に剛性が高くなっていると、減圧パック時の脱気が困難となってしまうおそれがあるが、このことも考慮して、前述した範囲でトレー１０の厚みを設定するのが好ましい。
なお、トレー１０が厚く必要以上に剛性が高くなっていると、減圧パック時の脱気が困難となってしまうおそれがあるが、このことも考慮して、前述した範囲でトレー１０の厚みを設定するのが好ましい。
また、フィルム材３０の中には、シリカゲルなどの乾燥剤５０を一緒に入れて減圧パックするのが好ましい。乾燥ガスでフィルム材３０中を満たした後に減圧パックしてもよく、この場合、フィルム材３０の中に乾燥剤５０を入れておいてもよい。
このようにすることで、フィルム材３０中に閉じ込められた水蒸気がプリフォーム４０の表面に結露して、プリフォーム４０の表面を変質してしまうのを防止することができる。このような態様は、減圧パックした包装体１を寒冷地に送ったり、空輸したりする際に、特に有効である。
このようにすることで、フィルム材３０中に閉じ込められた水蒸気がプリフォーム４０の表面に結露して、プリフォーム４０の表面を変質してしまうのを防止することができる。このような態様は、減圧パックした包装体１を寒冷地に送ったり、空輸したりする際に、特に有効である。
本実施形態において、被収容物としてのプリフォーム４０は、目的とする光学素子の屈折率、アッベ数などの光学特性を満たす光学ガラスを用いて作製される。
例えば、所定の光学ガラスが得られるように、ガラス原料を調合して加熱、熔融し、清澄工程により泡を切り、攪拌して十分に均質化した後に、鋳型に鋳込んで成形し、次いで、必要に応じてアニールし、適当な大きさに切断した後、研削、研磨して精密プレス成形品１個分の重量のプリフォームに仕上げる方法、又は熔融ガラスをガラス流出パイプから流出し、それからプリフォーム１個分の熔融ガラス塊を分離して、熔融ガラス塊が冷却固化するまでに、噴出ガスにより成形型上で浮上させながらプリフォームに成形する方法などにより作製することができる。
例えば、所定の光学ガラスが得られるように、ガラス原料を調合して加熱、熔融し、清澄工程により泡を切り、攪拌して十分に均質化した後に、鋳型に鋳込んで成形し、次いで、必要に応じてアニールし、適当な大きさに切断した後、研削、研磨して精密プレス成形品１個分の重量のプリフォームに仕上げる方法、又は熔融ガラスをガラス流出パイプから流出し、それからプリフォーム１個分の熔融ガラス塊を分離して、熔融ガラス塊が冷却固化するまでに、噴出ガスにより成形型上で浮上させながらプリフォームに成形する方法などにより作製することができる。
プリフォームの形状としては、回転対称軸を１本有し、この軸の周りの任意の角度の回転に対して対称であり、外側に凸の形状とし、例えば、扁平球や、マーブル状のように、部位によって曲率が異なる表面を有する形状のものを例示することができる。
なお、図示する例では、便宜上、プリフォーム４０を球形状で示している。
なお、図示する例では、便宜上、プリフォーム４０を球形状で示している。
精密プレス成形では、プリフォーム４０の表面の曲率と、プレス成形型の成形面の曲率の関係によっては、ガストラップと呼ばれる現象、すなわち、プリフォーム４０と、型成形面との間に、雰囲気ガスが閉じ込められてガラスの充填が妨げられる現象が起きることがある。したがって、プリフォーム４０の表面の曲率と、プレス成形型の成形面の曲率の関係に応じて、トレー１０上に置くプリフォーム４０の向きを一定に揃える（具体的には、全てのプリフォームにおいて、曲率が大きい面を上に向けるなどして、トレー１０上での姿勢を全てのプリフォーム４０で同じにする）ことによって、トレー１０上のプリフォーム４０をすべて所定の向きにして後工程に送り、トレー１０上のプリフォーム４０の向きが、そのままの状態となるようにすることで、プリフォーム４０とプレス成形型の成形面との間に、雰囲気ガスが閉じ込められないようにしてプリフォーム４０を精密プレス成形すれば、すべての精密プレス成形においてガストラップを有効に回避することができる。
また、使用するプレス成形型の材質、型成形面に設ける離型膜の種類、プリフォーム４０を構成するガラスの種類によっては、プリフォーム４０の表面に、公知の炭素含有膜や、自己組織化膜をコートすることができる。このようなコートをすると、精密プレス成形時にガラスと型の摩擦を小さくし、ガラスを伸びやすくすることができるが、プリフォーム４０は、これを形成するガラスが露出したものであってもよい。
また、包装体１に収容、梱包されるプリフォーム４０の仕様、例えば、使用されているガラスの品名、形状、重量などは、これらが判別しやすいように、少なくとも一つのトレー１０に収容されるプリフォーム４０の全てにおいて、同一仕様とするのが好ましく、一つの包装体１に収容、梱包されている全てのプリフォーム４０の仕様を同一にするのがより好ましい。
［光学素子の製造方法］
次に、本発明に係る光学素子の製造方法の実施形態について説明する。
次に、本発明に係る光学素子の製造方法の実施形態について説明する。
本実施形態にあっては、上記したような包装体１からプリフォーム４０を取り出すプリフォーム取り出し工程を経て、このプリフォーム４０を用いて精密プレス成形する。
より具体的には、まず、包装体１を開封して積み重ねられた複数のトレー１０を取り出し、次いで、トレー１０を一段ずつ分けて後工程へ送る。
より具体的には、まず、包装体１を開封して積み重ねられた複数のトレー１０を取り出し、次いで、トレー１０を一段ずつ分けて後工程へ送る。
このとき、プリフォーム４０が十分に清浄な状態であれば、必要に応じて表面に、炭素含有膜や、自己組織化膜などをコートして、精密プレス成形工程へ送る。プリフォーム４０が十分に清浄でない場合は、洗浄、乾燥工程へ送って清浄な状態にした後、必要に応じて表面にコート処理を施し、精密プレス成形工程へ送る。
また、必要なコート処理が既に施されている場合には、そのまま、又は清浄化してから、精密プレス成形工程へ送るようにしてもよい。
なお、これらの処理操作において、プリフォーム４０を包装体１から取り出してから精密プレス成形工程に供するまでの間、トレー１０上のプリフォーム４０の向きが、そのままの状態、すなわち、プリフォーム４０の向きが揃った状態を保つようにする。
また、必要なコート処理が既に施されている場合には、そのまま、又は清浄化してから、精密プレス成形工程へ送るようにしてもよい。
なお、これらの処理操作において、プリフォーム４０を包装体１から取り出してから精密プレス成形工程に供するまでの間、トレー１０上のプリフォーム４０の向きが、そのままの状態、すなわち、プリフォーム４０の向きが揃った状態を保つようにする。
精密プレス成形は、モールドオプティクス成形とも呼ばれる。光学素子において、光線を透過したり、屈折させたり、回折させたり、反射させたりする面を光学機能面（レンズを例にとると、非球面レンズの非球面や、球面レンズの球面などのレンズ面が、この光学機能面に相当する）というが、精密プレス成形によれば、プレス成形型の成形面を精密にガラスに転写することにより、プレス成形によって光学機能面を形成することができる。このため、光学機能面を仕上げるために研削や研磨などの機械加工を加える必要がない。
このような精密プレス成形は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学素子の製造に好適であり、特に、非球面レンズを高い生産性のもとに製造する方法として適している。
このような精密プレス成形は、レンズ、レンズアレイ、回折格子、プリズムなどの光学素子の製造に好適であり、特に、非球面レンズを高い生産性のもとに製造する方法として適している。
精密プレス成形に使用するプレス成形型としては、公知のもの、例えば、炭化珪素、ジルコニア、アルミナなどの耐熱性セラミックスの型材の成形面に離型膜を設けたものを使用することができる。これらの中でも、炭化珪素製のプレス成形型が好ましい。また、離型膜としては、炭素含有膜などを使用することができるが、耐久性、コストの面から特にカーボン膜が好ましい。
精密プレス成形では、プレス成形型の成形面を良好な状態に保つために、成形時の雰囲気を非酸化性ガスにするのが好ましい。非酸化性ガスとしては、窒素、窒素と水素の混合ガスなどが好ましい。
本実施形態で適用可能な精密プレス成形の具体的態様としては、以下の二つのものが例示できる。
［第一態様］
本態様は、プレス成形型に、プリフォーム４０を導入し、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱してから、精密プレス成形するものであり、プレス成形型とプリフォーム４０の温度をともに、プリフォーム４０を形成するガラスが１０６〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に加熱して、精密プレス成形を行うことが好ましい。そして、プレス後は、好ましくは１０１２ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０１４ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０１６ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから、精密プレス成形品をプレス成形型から取り出す。
本態様は、プレス成形型に、プリフォーム４０を導入し、プレス成形型とプリフォームを一緒に加熱してから、精密プレス成形するものであり、プレス成形型とプリフォーム４０の温度をともに、プリフォーム４０を形成するガラスが１０６〜１０１２ｄＰａ・ｓの粘度を示す温度に加熱して、精密プレス成形を行うことが好ましい。そして、プレス後は、好ましくは１０１２ｄＰａ・ｓ以上、より好ましくは１０１４ｄＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは１０１６ｄＰａ・ｓ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから、精密プレス成形品をプレス成形型から取り出す。
このような条件により、プレス成形型の成形面の形状を、より精密にプリフォーム４０に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。また、複数組のプレス成形型を用い、各プレス成形型内にプリフォーム４０を導入して、順次、精密プレス成形を行うようにすれば、相当数の光学素子を生産性よく量産することができる。
［第二態様］
本態様は、予熱したプレス成形型に、加熱したプリフォーム４０を導入して精密プレス成形するものである。本態様によれば、プリフォーム４０をプレス成形型に導入する前に、予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度を有する光学素子を製造することができる。
このような態様において、プレス成形型の予熱温度は、プリフォーム４０の予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このように、プレス成形型の予熱温度を低くすることにより、プレス成形型の消耗を低減することができる。
本態様は、予熱したプレス成形型に、加熱したプリフォーム４０を導入して精密プレス成形するものである。本態様によれば、プリフォーム４０をプレス成形型に導入する前に、予め加熱するので、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度を有する光学素子を製造することができる。
このような態様において、プレス成形型の予熱温度は、プリフォーム４０の予熱温度よりも低く設定することが好ましい。このように、プレス成形型の予熱温度を低くすることにより、プレス成形型の消耗を低減することができる。
本態様では、まず、プリフォーム４０を予熱工程へ送り、予熱したプリフォーム４０をプレス成形型に導入して精密プレス成形する。このとき、プリフォーム４０を形成するガラスが、１０９ｄＰａ・ｓ以下の粘度を示す温度に、プリフォーム４０を予熱することが好ましく、予熱に際しては、プリフォーム４０を浮上させながら予熱するのが好ましい。そして、プレス開始と同時に、又はプレスの途中から冷却を開始するのが好ましい。
また、このようにして精密プレス成形を行うにあたり、プレス成形型の温度は、プリフォーム４０の予熱温度よりも低い温度に調温するが、プリフォーム４０を形成するガラスが１０９〜１０１２ｄＰa・sの粘度を示す温度を目安にすればよい。また、プレス成形後、ガラスの粘度が１０１２ｄＰa・s以上にまで冷却してから離型するのが好ましい。
上記各態様において精密プレス成形された成形品は、プレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよく、また、芯取り加工を適宜施して、光学素子としての形状を整えるようにしてもよい。
プリフォーム４０が取り出された空のトレーは、積み重ねてプリフォーム生産工程へ戻され、新たに生産されたプリフォームを収容、梱包するのに供される。また、フィルム材３０も、チャック付き密閉袋などに製袋して使用すれば、使い捨てではなく、トレー１０と同様に繰り返し使用することができる。このようなリサイクル型のトレーやフィルム材を用いることにより、廃棄物を削減することができる。
プリフォーム４０が取り出された空のトレーは、積み重ねてプリフォーム生産工程へ戻され、新たに生産されたプリフォームを収容、梱包するのに供される。また、フィルム材３０も、チャック付き密閉袋などに製袋して使用すれば、使い捨てではなく、トレー１０と同様に繰り返し使用することができる。このようなリサイクル型のトレーやフィルム材を用いることにより、廃棄物を削減することができる。
次に、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
まず、図２及び図３に示したものと同様の発泡ポリスチレン製のトレーを真空成形した。トレーの厚みは１ｍｍとし、トレーの表面には帯電防止加工を施した。このようにして多数のトレーを用意した後、プリフォームの生産を行った。
まず、図２及び図３に示したものと同様の発泡ポリスチレン製のトレーを真空成形した。トレーの厚みは１ｍｍとし、トレーの表面には帯電防止加工を施した。このようにして多数のトレーを用意した後、プリフォームの生産を行った。
プリフォームを生産するにあたり、まず、得ようとする光学素子に求められる屈折率、アッベ数などの光学特性を備え、精密プレス成形時の温度を低くすることができるように、所定のガラス転移温度を有するガラス組成でガラス原料を秤量し、十分に混合して調合原料とした。
次に、調合原料を熔融槽に入れて加熱、熔融して熔融ガラスを得た。そして、得られた熔融ガラスを清澄槽へ送って泡を切り、作業槽へ送って攪拌して十分に均質化した後、熔融ガラスをガラス流出パイプから連続して流出させた。パイプ下方には成形型を待機させておき、この成形型で、流下する熔融ガラスの下端を支持して熔融ガラス流の途中にくびれを作り、所定のタイミングで成形型を急降下させた。このとき、表面張力によって、熔融ガラス流のくびれより下の部分が分離され、成形型上に、熔融ガラス塊を形成した。成形型には、多数のガス噴出口が設けられており、これらの噴出口より噴出するガスによって、熔融ガラス塊を浮上させた状態でプリフォームに成形した。
以上のようにして、複数の成形型を使い回しして、連続流出する熔融ガラスから扁平球形状のプリフォームを順次成形した。
次に、調合原料を熔融槽に入れて加熱、熔融して熔融ガラスを得た。そして、得られた熔融ガラスを清澄槽へ送って泡を切り、作業槽へ送って攪拌して十分に均質化した後、熔融ガラスをガラス流出パイプから連続して流出させた。パイプ下方には成形型を待機させておき、この成形型で、流下する熔融ガラスの下端を支持して熔融ガラス流の途中にくびれを作り、所定のタイミングで成形型を急降下させた。このとき、表面張力によって、熔融ガラス流のくびれより下の部分が分離され、成形型上に、熔融ガラス塊を形成した。成形型には、多数のガス噴出口が設けられており、これらの噴出口より噴出するガスによって、熔融ガラス塊を浮上させた状態でプリフォームに成形した。
以上のようにして、複数の成形型を使い回しして、連続流出する熔融ガラスから扁平球形状のプリフォームを順次成形した。
成形型上で十分に冷却した後にプリフォームを取り出し、曲率が大きい面を下にして徐冷用の耐熱トレーに載せて徐冷した。徐冷したプリフォームは、発泡ポリスチレン製のトレーの収容凹部に順次移送するが、このときもプリフォームの曲率が大きい面が下を向くように載置した。
トレーの各収容凹部のそれぞれに、一つずつプリフォームを収容し、一枚のトレーがプリフォームで満たされた後に、別のトレーにプリフォームを収容していった。このような操作を繰り返し行うことにより、プリフォームが収容された複数のトレーを得た。これらのトレーを積み重ねるとともに、最上段のトレーの上に、さらに空のトレーを積み重ね、ビニール製のフィルム材を製袋してなる袋に、予め透湿性の袋に入れたシリカゲルとともに入れ、真空包装機で減圧パックした。
なお、シリカゲルはプリフォームと直接接触しないように、最下段のトレーの下、又は保護部材として積み重ねられた空のトレーの上に入れた。
トレーの各収容凹部のそれぞれに、一つずつプリフォームを収容し、一枚のトレーがプリフォームで満たされた後に、別のトレーにプリフォームを収容していった。このような操作を繰り返し行うことにより、プリフォームが収容された複数のトレーを得た。これらのトレーを積み重ねるとともに、最上段のトレーの上に、さらに空のトレーを積み重ね、ビニール製のフィルム材を製袋してなる袋に、予め透湿性の袋に入れたシリカゲルとともに入れ、真空包装機で減圧パックした。
なお、シリカゲルはプリフォームと直接接触しないように、最下段のトレーの下、又は保護部材として積み重ねられた空のトレーの上に入れた。
このようにしてプリフォームが収容、梱包された包装体を空輸して、精密プレス成形を行う工場に送った。空輸の場合、上空では低温に晒されるが、シリカゲルを一緒に減圧パックしているので、プリフォーム表面への結露を防止することができ、プリフォーム表面にヤケなどの変質は認められなかった。また、空輸だけでなく、寒冷地にある精密プレス成形を行う工場に包装体を送る場合にも、同様の効果が得られた。
精密プレス成形を行う工場では、包装体を開封して、プリフォームをトレーごと取り出し、プリフォームの向きが不揃いにならないようにしながら、洗浄、乾燥させてから全表面を炭素膜でコートした。
次に、これらプリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形して、多数の非球面レンズを製造した。
次に、これらプリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形して、多数の非球面レンズを製造した。
上記の実施例では、成形したプリフォームをそのまま包装体に収容、梱包したが、徐冷したプリフォームを洗浄、乾燥してから包装体に収容、梱包するようにしてもよく、洗浄、乾燥したプリフォームの表面にコート処理を施してから包装体に収容、梱包するようにしてもよい。また、プリフォームの成形をクリーンルームで行うことにより、洗浄工程を不要としてもよい。
さらに、上記の実施例は、熔融ガラスから直接プリフォームを成形するものであるが、熔融ガラスを鋳型に鋳込んで成形し、得られたガラス成形体を徐冷した後、所定の大きさに切断してカットピースと呼ばれるガラス片を作り、このカットピースを研削、研磨してプリフォームに仕上げることもできる。
プリフォームをすべて取り出した空のトレーは、積層してプリフォーム生産現場へ戻し、繰り返し使用する。このようにして、比較的安価なコストで、多量のプリフォームを精密プレス成形工程へ送ることができる。また、トレーを繰り返し使用するため、廃棄物を出さずに済むというメリットも享受することができる。
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、前述した実施形態では、フィルム材３０によって一体に包み込まれたトレー１０の周囲を減圧状態として、プリフォーム４０を収容した状態で積み重ねられたトレー１０をフィルム材３０により減圧パックするようにしたが、本発明は、このような態様に限られるものではない。
すなわち、フィルム材３０がトレー１０どうし、トレー１０と保護部材２０とを圧迫固定し、これによって、それらの間にあるプリフォーム４０が固定されて、その状態で梱包することができれば、積み重ねられたトレーなどをフィルム材３０により一体に包み込む上での具体的な態様に制限はない。
すなわち、フィルム材３０がトレー１０どうし、トレー１０と保護部材２０とを圧迫固定し、これによって、それらの間にあるプリフォーム４０が固定されて、その状態で梱包することができれば、積み重ねられたトレーなどをフィルム材３０により一体に包み込む上での具体的な態様に制限はない。
フィルム材３０としては、例えば、熱収縮性のいわゆるシュリンクフィルムを用いて、積み重ねられたトレーなどを一体に包み込むようにしてもよい。このとき、積み重ねられたトレーなどの全体を包み込む必要はなく、トレー１０どうし、さらには、トレー１０と保護部材２０とを圧迫固定することにより、プリフォーム４０が包装体１内を動き回ることがないようすることができれば、積み重ねられたトレーなどの少なくとも一部を包み込むようにしてもよい。そして、このようにしてプリフォーム４０が収容、梱包された包装体１は、箱詰めするなどして、他の包装材などに収容（必要に応じて、減圧下で密封収容）するようにしてもよい。
また、本発明では、被収容物をトレー上に収容することから、微小な被収容物への適用には不向きであり、例えば、重量にして１００ｍｇ以上のプリフォームであるのが好ましいが、微小な被収容物であっても、適当な治具を介して収容、梱包するようにすればよい。
本発明は、多数のガラスプリフォームを精密プレス成形して光学素子を量産するための技術として利用できる。
１ 包装体
１０ トレー
１１ トレー本体
１２ 外周壁
１２ａ 上端縁
１２ｂ 下端縁
１３ 収容凹部
２０ 保護部材
３０ フィルム材
４０ プリフォーム（被収容物）
１０ トレー
１１ トレー本体
１２ 外周壁
１２ａ 上端縁
１２ｂ 下端縁
１３ 収容凹部
２０ 保護部材
３０ フィルム材
４０ プリフォーム（被収容物）
Claims (10)
- 回転対象軸を１本有し、当該軸の周りの任意の角度に対して対称であり、外側に凸の形状を有する多数のガラスプリフォームを精密プレス成形して光学素子を量産するにあたり、
複数の収容凹部が所定の配列で設けられたトレー本体を有し、かつ、前記収容凹部を取り囲むようにして、前記トレー本体の外周に沿って設けられた外周壁を介して積み重ねられるようにされた、柔軟性材料からなる複数のトレーを用意し、前記ガラスプリフォームの表面の曲率と、プレス成形型の成形面の曲率の関係に応じて、前記トレー上に置く前記ガラスプリフォームの向きを一定に揃えて、前記収容凹部の全部又は一部に前記ガラスプリフォームが向きを揃えて収容された状態で前記トレーを積み重ねるとともに、フィルム材により一体に包み込んで包装体を作製する工程、
前記包装体から前記ガラスプリフォームを取り出すプリフォーム取り出し工程、
前記ガラスプリフォームを精密プレス成形する精密プレス成形工程を備え、
前記プリフォーム取り出し工程から前記精密プレス成形工程に至るまで、前記ガラスプリフォームの向きが揃った状態を保つことを特徴とする光学素子の製造方法。 - 前記包装体を開封し、前記トレーから前記ガラスプリフォームを取り出し、前記ガラスプリフォームの表面にコート処理を施し、前記精密プレス成形工程へ送る処理操作を、前記ガラスプリフォームの向きを揃えた状態で行う請求項１に記載の光学素子の製造方法。
- 前記包装体を開封し、前記トレーから前記ガラスプリフォームを取り出し、前記ガラスプリフォームを洗浄、乾燥工程を経て前記精密プレス成形工程へ送る処理操作を、前記ガラスプリフォームの向きを揃えた状態で行う請求項１に記載の光学素子の製造方法。
- 前記包装体を開封し、前記トレーから前記ガラスプリフォームを取り出し、前記ガラスプリフォームを洗浄、乾燥工程により清浄な状態とし、その後、前記ガラスプリフォームの表面にコート処理を施してから前記精密プレス成形工程へ送る処理操作を、前記ガラスプリフォームの向きを揃えた状態で行う請求項１に記載の光学素子の製造方法。
- 前記包装体に設けられた前記外周壁の下端縁が、直下に位置するトレーに設けられた外周壁の上端縁によって支持されるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記トレーに収容された被収容物が、直上に積み重ねられたトレーによって押さえつけられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
- 最上段に位置する被収容物が収容された前記トレーの上に、柔軟性材料からなる保護部材をさらに積み重ねた請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
- 被収容物が収容されていない前記トレーを前記保護部材とした請求項７に記載の光学素子の製造方法。
- 積み重ねられて前記フィルム材に包み込まれた前記トレーの周囲が、減圧状態とされている請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
- 前記トレーに、帯電防止加工が施されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
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