JP5114261B2

JP5114261B2 - 光学素子の製造方法

Info

Publication number: JP5114261B2
Application number: JP2008077243A
Authority: JP
Inventors: 典雄中谷
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2009227532A

Description

本発明は、成形素材を加熱軟化させた後に一対の成形型で押圧成形する光学素子の製造方法に関する。

従来、ガラス素材などの熱可塑性素材を金型の中心に位置決めして、光学素子としてのメニスカスレンズや平凹レンズの凹面部とそれに続く平面部を成形する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が公知である。

この特許文献１によれば、図７に示すように、成形型は、球体型１０１を収容する型本体１０２と、該型本体１０２に対向配置される上型１０３と、型本体１０２及び上型１０３を案内するスリーブ１０４とを有していて、球形状のガラス素材１０５を球体型１０１の略中心に位置決めし、加圧成形して内部応力的に偏りのないレンズを得るものである。
特開２００６−２８１７４７号公報

しかしながら、特許文献１では、成形初期に球体型１０１の凸面部と型本体１０２の平面部１０２ａとの隙間に入り込んだ軟化ガラスが、成形完了時点においても残ってしまう。この場合は、図８に示すように、成形されたレンズ１０６に突起やバリ１０７が発生するおそれがあった。

このため、従来技術では、成形後に突起やバリ１０７を除去するための２次加工が必要であった。このため、全体として作業工数が増加しコスト増大につながるという課題があった。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、成形型の凸面部とこれに続く平面部との隙間に軟化した成形素材が入り込まないようにして突起やバリのない光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
球状の成形素材を加熱軟化して一対の成形型で押圧成形する光学素子の製造方法において、
前記成形素材を保持する保持部材を成形面の外周に備えた、上部に凸面部を有する下型に、中心軸を一致させた状態で上型を対向配置する配置工程と、
前記保持部材で前記成形素材を保持しつつ加熱した後、前記保持部材を停止させたまま前記下型を前記上型に接近移動させて前記成形素材の加圧を開始する加圧開始工程と、
該加圧の途中で前記下型及び前記保持部材を一体として移動させ、さらなる移動により前記成形素材を規定の中心肉厚まで加圧する加圧工程と、を有し、
前記成形素材の加圧を開始する工程では、前記成形素材を前記保持部材から離して加圧を開始し、
前記成形素材を前記保持部材から離すには、
前記上型と前記成形素材との間に隙間を設けた状態で前記成形素材を加熱し、前記下型の移動により前記成形素材を前記上型に当接する位置まで移動させて該成形素材を前記保持部材から離し、
前記保持部材の前記成形素材との対向側の端面を成形面とする
ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記保持部材は、鍔付きリングであり、
前記配置工程では、筒状リングを前記保持部材の外周面に嵌合させて前記鍔上に配置し、
前記加圧開始工程では、前記筒状リングを停止させたままであり、
前記加圧工程では、前記筒状リングを前記下型及び前記保持部材と一体として移動させ、
前記筒状リングの内周面を成形面とすることを特徴とする。

本発明によれば、成形型の凸面部とこれに続く平面部との隙間に軟化した成形素材が入り込まないようにして、突起やバリのない光学素子を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［製造装置の説明］
図１は、光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。

この製造装置１は、成形室２内に加熱・加圧ステージ３と冷却ステージ４とを有している。加熱・加圧ステージ３は、上下に対向する一対の上加熱板１２及び下加熱板１４と、これら上加熱板１２及び下加熱板１４間に配置された型セット１６と、を備えている。下加熱板１４は基台５に固定されている。

上加熱板１２及び下加熱板１４には、夫々上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５が内蔵されている。また、上加熱板１２を上下（対向）方向に駆動するエアシリンダ１７が設けられている。型セット１６は、上加熱板１２及び下加熱板１４の間に搬入される。そして、エアシリンダ１７による上加熱板１２の昇降動作により、型セット１６の挟持、挟圧等の動作が行われる。

冷却ステージ４も同様の構成を有している。なお、冷却ステージ４では、型セット１６を挟持して該型セットを所定の温度まで冷却させる。
成形室２には気体流入口６と気体流出口７が設けられていて、室内を窒素（Ｎ２）等の不活性ガスにより置換可能な構造になっている。

成形室２の入口と出口には、上下に開閉自在なシャッタ８，９が夫々設けられている。この入口側のシャッタ８を開いて型セット１６を成形室２内に搬入し、また、出口側のシャッタ９を開いて型セット１６を成形室２から外部に搬出する。

図２は、型セット１６の概略構成の断面図を示している。
この型セット１６は、第２の型としての上型１８、第１の型としての下型２０、及びスリーブ２２を有している。上型１８及び下型２０は、スリーブ２２の内部で、それぞれの成形面１８ａ，２０ａが対向するようにスリーブ２２の両端側から嵌挿されている。上型１８は、大径のフランジ部１８_１とそれよりもやや小径の先端部１８_２とを有する段付き円柱状をなしている。

フランジ部１８_１はスリーブ２２の開口側の端面に当接し、先端部１８_２はスリーブ２２の内側に嵌挿されている。先端部１８_２の端面には、凹球面状の成形面１８ａが形成されている。また、成形面１８ａの外周部は平坦面に形成されている。

下型２０は、大径の基部２０_１と小径の先端部２０_２とを有する段付き円柱状をなしている。この先端部２０_２の端面には、凸球面状の成形面２０ａが成形されている。基部２０_１はスリーブ２２の内側に嵌挿されている。なお、本実施形態では、上型１８の成形面１８ａの曲率半径と下型２０の成形面２０ａの曲率半径とは相違している。また、上型１８の先端部１８_２の外形は下型２０の基部２０_１の外形よりも大きい。

スリーブ２２は軸方向の内側中途部に段差面２４を有していて、この段差面２４には、保持部材としての鍔付きリング２６が載置されている。この鍔付きリング２６は、図３に示すように、鍔付き円筒状をなしている。すなわち、中央に内周面２６ｅ、外側に外周面２６ａが形成され、また鍔部の表裏面に夫々上面２６ｂと下面２６ｃが形成されている。なお、この段差面２４よりも下部に下型２０が嵌挿され、上部に上型１８が嵌挿されている。

また、この鍔付きリング２６の上端面２６ｄは、成形される光学素子の凹面部外周に続く平面部を形成するための成形面（粗面）を形成している。また、鍔付きリング２６の内周面２６ｅには下型２０の先端部２０_２が嵌挿されるようになっている。

さらに、図４に示すように、この鍔付きリング２６の外周面２６ａには円筒状の筒状リング２８が嵌合されている。この筒状リング２８は、鍔付きリング２６に嵌合する内周面２８ａと、スリーブ２２の内壁に嵌合される外周面２８ｂと、鍔付きリング２６の上面２６ｂに載置される下端面２８ｃと、上端面２８ｄとを有している。また、この筒状リング２８の内周面２８ａは、成形される光学素子の外周面（いわゆるコバ部）を成形するための成形面を形成している。

下型２０は、スリーブ２２の軸方向に摺動自在となっている。また、上型１８の成形面１８ａと鍔付きリング２６との間には、所定形状の成形素材としてのガラス素材３０が配置されている。本実施形態では、このガラス素材３０は球形状をなしている。

なお、上型１８及び下型２０は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研磨して仕上げられている。また、ガラス素材３０は、市販の光学ガラスが用いられている。
次に、各実施形態ごとの成形工程について説明する。
［第１の実施の形態］
図５Ａ〜図５Ｅは、第１の実施の形態の成形工程を示している。なお、図では説明の便宜上、光学素子の製造装置１における上加熱板１２及び下加熱板１４間に型セット１６を搬入した状態で図示している。

図５Ａにおいて、下型２０の外周の基部２０_１にスリーブ２２を嵌合する。ついで、このスリーブ２２の内側に、その上方開口側から下型２０の先端部２０_２に鍔付きリング２６を嵌入する。このとき、鍔付きリング２６の鍔部はスリーブ２２の内側の段差面２４に載置される。さらに、スリーブ２２の内側と鍔付きリング２６の外周面２６ａとの間に筒状リング２８を嵌入する。

ついで、鍔付きリング２６の上端縁に球状のガラス素材３０を、中心軸を一致させるようにして載置する。次に、ガラス素材３０の上方から上型１８をスリーブ２２に嵌入する。こうして、スリーブ２２の上端面２２ａに上型１８のフランジ部１８_１が当接される。このとき、ガラス素材３０の上面と上型１８の成形面１８ａとの間に、所定の隙間ｇが形成されるようにする。

このときの隙間ｇは、成形開始時のガラス素材３０の中心位置ずれを考慮して、例えば０〜３０μｍ以下とするのがよい。
ついで、予め所定温度に加熱してある上加熱板１２及び下加熱板１４間に、前述のように組み立てた型セット１６を搬入する。次に、上加熱板１２を下降させて上型１８の上面に上加熱板１２を当接させることで、ガラス素材３０をガラス屈伏点以上の温度に加熱して加圧可能な状態にする。

次に、図５Ｂに示すように、下型２０を下方から突き出し部材３２で突き上げて成形を開始する。
このとき、鍔付きリング２６は自重で段差面２４に載置されて位置決めされているので、下型２０のみが上方に移動する。やがて、下型２０の凸球面状の成形面２０ａがガラス素材３０を下方から押圧し、鍔付きリング２６からガラス素材３０が離れる。一方、ガラス素材３０は下方から押圧されて該ガラス素材３０の上面と上型１８の成形面１８ａとが接触する。

ついで、図５Ｃに示すように、さらに突き出し部材３２で下型２０を突き上げると、鍔付きリング２６の下面２６ｃと下型２０の大径の基部２０_１とが密接する。この時点から、鍔付きリング２６と下型２０とは一体となって共に上方に移動する。

すなわち、本実施形態では、ガラス素材３０を鍔付きリング２６から離す手順として、上型１８とガラス素材３０との間に隙間ｇを設けた状態で、ガラス素材３０を加熱した後（図５Ａ参照）、下型２０の移動によりガラス素材３０を上型１８に当接する位置まで移動させて（図５Ｂ参照）、該ガラス素材３０を鍔付きリング２６から離す手順を採用している（図５Ｃ参照）。

この場合、図５Ｄに示すように、ガラス素材３０は鍔付きリング２６の上端面２６ｄから浮いているので、ガラス素材３０に光学面が成形されるときに、軟化したガラスの逃げ道ができている。すなわち、軟化したガラス素材３０は鍔付きリング２６の上端面２６ｄの外方に拡がっていく（Ａ部参照）。このため、下型２０の成形面２０ａと鍔付きリング２６の上端面２６ｄとの間の隙間に、軟化したガラス素材３０が入り込んでバリが発生するのが防止される。

次に、図５Ｅに示すように、ガラス素材３０が成形されてその中心肉厚が所定の肉厚になる位置まで突き出し部材３２を上動させる。
その後、型セット１６の冷却を開始してガラス転移点付近の温度まで冷却する。所定の温度に低下したら、突き出し部材３２を下降させて型セット１６を冷却ステージ４へ搬送する。

本実施形態によれば、下型２０の凸状の成形面２０ａと鍔付きリング２６の上端面２６ｄとの隙間に、軟化したガラス素材３０が入り込まないため、バリや突起のない光学素子を得ることができる。このため、成形後に光学素子の２次加工が不要となる。なお、本実施形態では鍔付きリング２６の上端面２６ｄを平坦面として説明したが、これに限らない。例えば、必要に応じて曲面にしてもよいし、また傾斜面にしてもよい。
［第２の実施の形態］
図６Ａ〜図６Ｃは、第２の実施の形態の成形工程を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

図６Ａにおいて、上型１８には鍔がなく型セット１６を組み込んだ状態で、上型１８の成形面１８aはガラス素材３０の上面に当接して、上型１８の上端面１８ｂがスリーブ２２の上端面２２ａよりも下方に位置するように組み付けられる。このとき、ガラス素材３０は鍔付きリング２６の上端縁と上型１８により狭持されるため、鍔付きリング２６の中心軸とガラス素材３０の中心軸とが不容易に位置ずれすることはない。

この状態で、スリーブ２２の上端面２２ａに上加熱板１２を当接し、ガラス素材３０をガラス屈伏点以上の温度に加熱して加圧可能な状態にする。
次に、図６Ｂに示すように、下型２０を下方から突き出し部材３２で突き上げて成形を開始する。

このとき、鍔付きリング２６は自重で段差面２４に載置されて位置決めされているので、下型２０のみが上方に移動する。やがて、下型２０の凸球面状の成形面２０ａがガラス素材３０を下方から押圧し、鍔付きリング２６からガラス素材３０が離れる。さらに、ガラス素材３０が下方から押圧されることで、上型１８が移動してその上端面１８ｂが上加熱板１２に当接する。

ついで、図６Ｃに示すように、さらに突き出し部材３２で下型２０を突き上げると、鍔付きリング２６の下面２６ｃと下型２０の大径の基部２０_１とが密接する。この時点から、鍔付きリング２６と下型２０とは一体となって共に上方に移動する。

すなわち、本実施形態では、ガラス素材３０を鍔付きリング２６から離す手順として、上型１８と鍔付きリング２６でガラス素材３０を挟んだ状態でガラス素材３０を加熱した後（図６Ａ参照）、下型２０の移動によりガラス素材３０を下型２０及び上型１８で挟んだ状態で該ガラス素材３０を鍔付きリング２６から離す手順を採用している（図６Ｂ参照）。

この場合、前述した図５Ｄと同様に、ガラス素材３０は鍔付きリング２６の上端面２６ｄから浮いているので、ガラス素材３０に光学面が成形されるときに、軟化したガラスの逃げ道ができている。このため、下型２０の成形面２０ａと鍔付きリング２６の上端面２６ｄとの間の隙間に、軟化したガラス素材３０が入り込んでバリが発生するのが防止される。

次に、図６Ｃに示すように、ガラス素材３０が成形されてその中心肉厚が所定の肉厚になる位置まで突き出し部材３２を上動させる。
その後、型セット１６の冷却を開始してガラス転移点付近の温度まで冷却する。所定の温度に低下したら、突き出し部材３２を下降させて型セット１６を冷却ステージ４へ搬送する。

本実施形態によれば、下型２０の凸状の成形面２０ａと鍔付きリング２６の上端面２６ｄとの隙間に、軟化したガラス素材３０が入り込まないため、バリや突起のない光学素子を得ることができる。このため、成形後に光学素子の２次加工が不要となる。さらに、成形開始前に鍔付きリング２６と上型１８でガラス素材３０を挟持して中心位置決めをすると、不容易に位置ずれすることはない

光学素子の製造装置の概略構成を示す図である。型セットの概略構成の断面を示す図である。鍔付きリングの外観を示す図である。円筒状の筒状リングの外観を示す図である。第１の実施の形態の成形工程を示す図である。第１の実施の形態の成形工程を示す図である。第１の実施の形態の成形工程を示す図である。第１の実施の形態の成形工程を示す図である。第１の実施の形態の成形工程を示す図である。第2の実施の形態の成形工程を示す図である。第2の実施の形態の成形工程を示す図である。第2の実施の形態の成形工程を示す図である。従来の光学素子の成形工程を示す図である。従来の光学素子の外観を示す図である。

符号の説明

１光学素子の製造装置
２成形室
３加熱・加圧ステージ
４冷却ステージ
５基台
６気体流入口
７気体流出口
８シャッタ
９シャッタ
１２上加熱板
１３上カートリッジヒータ
１４下加熱板
１５下カートリッジヒータ
１６型セット
１７エアシリンダ
１８上型
１８_１フランジ部
１８_２先端部
１８ａ成形面
２０下型
２０ａ成形面
２２スリーブ
２２ａ上端面
２４段差面
２６鍔付きリング
２６ａ外周面
２６ｂ上面
２６ｃ下面
２６ｄ上端面
２６ｅ内周面
２８筒状リング
２８ａ内周面
２８ｂ外周面
２８ｃ下端面
２８ｄ上端面
３０ガラス素材
３２突き出し部材

Claims

球状の成形素材を加熱軟化して一対の成形型で押圧成形する光学素子の製造方法において、
前記成形素材を保持する保持部材を成形面の外周に備えた、上部に凸面部を有する下型に、中心軸を一致させた状態で上型を対向配置する配置工程と、
前記保持部材で前記成形素材を保持しつつ加熱した後、前記保持部材を停止させたまま前記下型を前記上型に接近移動させて前記成形素材の加圧を開始する加圧開始工程と、
該加圧の途中で前記下型及び前記保持部材を一体として移動させ、さらなる移動により前記成形素材を規定の中心肉厚まで加圧する加圧工程と、を有し、
前記成形素材の加圧を開始する工程では、前記成形素材を前記保持部材から離して加圧を開始し、
前記成形素材を前記保持部材から離すには、
前記上型と前記成形素材との間に隙間を設けた状態で前記成形素材を加熱し、前記下型の移動により前記成形素材を前記上型に当接する位置まで移動させて該成形素材を前記保持部材から離し、
前記保持部材の前記成形素材との対向側の端面を成形面とする
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
前記保持部材は、鍔付きリングであり、
前記配置工程では、筒状リングを前記保持部材の外周面に嵌合させて前記鍔上に配置し、
前記加圧開始工程では、前記筒状リングを停止させたままであり、
前記加圧工程では、前記筒状リングを前記下型及び前記保持部材と一体として移動させ、
前記筒状リングの内周面を成形面とする、光学素子の製造方法。