JP5244575B2 - Optical element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光学素材を加熱軟化してプレス成形し光学素子を得る光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical element that obtains an optical element by heat-softening an optical material to perform press molding.
従来から、加熱軟化したガラス素材などの光学素材を、一対の成形型によりプレス成形して光学素子を得る成形技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１では、例えば図１１に示すように、スリーブ（胴型）１２２内に収められた上型１１８と下型１２０との間に球状のプリフォーム１３０を配置し、これを加熱軟化してプレス成形する旨が開示されている。
In Patent Document 1, for example, as shown in FIG. 11, a spherical preform 130 is disposed between an upper mold 118 and a lower mold 120 housed in a sleeve (body cylinder) 122, and this is softened by heating. And press forming is disclosed.
しかしながら、前述した特許文献１では、図１２に示すように、成形前にガラス素材１３０が上型１１８及び下型１２０の中心軸Ｏ−Ｏからずれて載置されていると、型中心軸Ｏ−Ｏに対するキャビティ（成形空間）内の充填量の偏りが生じる。 However, in Patent Document 1 described above, if the glass material 130 is placed out of the center axis OO of the upper mold 118 and the lower mold 120 before molding, as shown in FIG. The bias of the filling amount in the cavity (molding space) with respect to -O occurs.
すると、成形された光学素子には、偏肉不良が発生したり、部分的に上型１１８及び下型１２０の側面とスリーブ１２２との間に、軟化したガラス素材１３０が浸入してバリが発生するおそれがある。 Then, in the molded optical element, uneven thickness failure occurs, or a soft glass material 130 infiltrates partially between the side surfaces of the upper mold 118 and the lower mold 120 and the sleeve 122 to generate burrs. There is a risk.
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、光学素材を成形型の中心で成形することで偏肉不良やバリの発生のない光学素子を得ることのできる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides an optical element manufacturing method capable of obtaining an optical element free from uneven thickness defects and burrs by molding an optical material at the center of a mold. The purpose is to provide.
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
光学素材を加熱軟化してプレス成形し光学素子を得る光学素子の製造方法において、
第１の成形型の凹状の成形面に前記光学素材を載置すると共に、前記第１の成形型に載置された前記光学素材に対して隙間を設けるように第２の成形型を保持部材で保持し、前記第１の成形型、前記第２の成形型及び前記保持部材を備える型セットを組立てる型組立て工程と、
前記型セット内の前記光学素材を加熱する加熱工程と、
前記第１の成形型の成形面と前記第２の成形型の成形面とによって前記光学素材をプレス成形する成形工程と、を有し、
前記加熱工程では、前記光学素材よりも線膨張係数の小さい前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを用い、前記成形工程の前に前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを加熱膨張することにより前記第２の成形型の成形面と前記光学素材とを接触させることを特徴とする。
In order to achieve the object, the invention according to claim 1
In the method of manufacturing an optical element to obtain an optical element by heat-softening an optical material and press molding,
The optical material is placed on the concave molding surface of the first molding die, and the second molding die is held so as to provide a gap with respect to the optical material placed on the first molding die. A mold assembling step for assembling a mold set including the first mold, the second mold, and the holding member;
A heating step of heating the optical material in the mold set;
Have a, a molding step of press-molding the optical material by said first mold of the molding surface and the molding surface of the second mold,
In the heating step, the first mold and the second mold having a linear expansion coefficient smaller than that of the optical material and the holding member are used, and the first mold and the second mold are formed before the molding step. The molding surface of the second molding die and the optical material are brought into contact with each other by heating and expanding the molding die and the holding member .
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、
前記加熱工程では、前記光学素材よりも線膨張係数の小さい前記第１の成形型及び第２の成形型と、前記第１の成形型及び前記第２の成形型よりも線膨張係数の小さい前記保持部材とを用い、前記成形工程の前に前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを加熱膨張することにより前記第２の成形型の成形面と前記光学素材とを接触させることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の光学素子の製造方法において、
前記型組立て工程では、前記第２の成形型が前記保持部材に載置されていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the method of manufacturing an optical element according to claim 1,
In the heating step, the first mold and the second mold having a smaller linear expansion coefficient than the optical material, and the coefficient of linear expansion smaller than that of the first mold and the second mold. Using the holding member, the molding surface of the second molding die and the optical material are heated and expanded by heating the first and second molding dies and the holding member before the molding step. It is made to contact.
The invention according to claim 3 is the method of manufacturing an optical element according to claim 1 or 2 ,
In the mold assembling step, the second mold is placed on the holding member.
請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の光学素子の製造方法において、
前記成形工程では、前記第１の成形型を上動させることによって前記光学素子をプレス成形することを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the method of manufacturing an optical element according to claim 1 or 2,
In the molding step, the optical element is press-molded by moving the first mold up.
本発明によれば、光学素材を成形型の中心で成形することで偏肉不良やバリの発生のない光学素子を得ることのできる光学素子の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the optical element which can obtain the optical element without generation | occurrence | production of a thickness defect and a burr | flash can be provided by shape | molding an optical raw material in the center of a shaping | molding die.
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、光学素子の製造装置１の概略構成を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical element manufacturing apparatus 1.
この製造装置１は、成形室２内にプレスステージ３と冷却ステージ４とを有している。プレスステージ３は、上下（鉛直方向）に対向する一対の上プレート１２及び下プレート１４と、下プレート１４を下方から支持する基台５と、下プレート１４及び基台５をプレス方向（鉛直方向）に移動自在に貫通する突き出し部材１１と、を有している。 The manufacturing apparatus 1 includes a press stage 3 and a cooling stage 4 in a molding chamber 2. The press stage 3 includes a pair of upper and lower plates 12 and 14 facing vertically (vertical direction), a base 5 that supports the lower plate 14 from below, and a lower plate 14 and base 5 that are pressed in the press direction (vertical direction). And an extruding member 11 that movably passes therethrough.
また、上プレート１２と下プレート１４との間には、後述する型セット１６が矢印方向（搬送方向である水平方向）に搬入配置される。
突き出し部材１１は、不図示の駆動手段によって上下方向に移動する構成となっており、図１の下方から上方（型セット１６側）に突出駆動されるようになっている。
Further, a mold set 16 to be described later is carried in and disposed between the upper plate 12 and the lower plate 14 in the arrow direction (horizontal direction which is the transport direction).
The protruding member 11 is configured to move in the vertical direction by a driving means (not shown), and is driven to protrude upward from the lower side of FIG. 1 (on the mold set 16 side).
上プレート１２及び下プレート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。これらの上・下カートリッジヒータ１３、１５により、型セット１６内の光学素材としてのガラス素材３０が加熱される。また、上プレート１２を上下方向（鉛直方向）に駆動するエアシリンダ１７が設けられている。 An upper cartridge heater 13 and a lower cartridge heater 15 are incorporated in the upper plate 12 and the lower plate 14, respectively. These upper and lower cartridge heaters 13 and 15 heat the glass material 30 as an optical material in the mold set 16. An air cylinder 17 is provided for driving the upper plate 12 in the vertical direction (vertical direction).
型セット１６は、成形室２内に矢印方向（水平方向）に搬入され、プレスステージ３の上プレート１２と下プレート１４との間に配置される。そして、エアシリンダ１７による上プレート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。 The mold set 16 is carried into the molding chamber 2 in the arrow direction (horizontal direction), and is disposed between the upper plate 12 and the lower plate 14 of the press stage 3. Then, the upper plate 12 is moved up and down by the air cylinder 17 to perform operations such as clamping and clamping of the mold set 16.
冷却ステージ４も同様の構成を有している。ただし、冷却ステージ４には突き出し部材１１は備えていない。この冷却ステージ４では、型セット１６を挟持してその型セット１６を所定の温度まで冷却させる。なお、プレスステージ３と同一又は相当する部材には、その符号にダッシ（’）を付してその説明を省略する。 The cooling stage 4 has a similar configuration. However, the cooling stage 4 is not provided with the protruding member 11. In the cooling stage 4, the mold set 16 is sandwiched and the mold set 16 is cooled to a predetermined temperature. Note that members that are the same as or equivalent to those of the press stage 3 are given a dash (') in the reference numerals, and description thereof is omitted.
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、成形室２内を窒素（Ｎ２）等の非酸化性ガス又は不活性ガスにより置換可能な構造になっている。
すなわち、気体流入口６から窒素ガス（Ｎ２ガス）等の非酸化性ガスを導入して、成形室２内の雰囲気を窒素ガスで満たすことができる。これにより、型セット１６及びガラス
素材３０等、これらの酸化を防止することができる。なお、成形室２内の酸素濃度は、例えば２０ｐｐｍ以下に設定されている。
The molding chamber 2 is provided with a gas inlet 6 and a gas outlet 7 so that the inside of the molding chamber 2 can be replaced with a non-oxidizing gas such as nitrogen (N 2 ) or an inert gas. .
That is, a non-oxidizing gas such as nitrogen gas (N 2 gas) can be introduced from the gas inlet 6 to fill the atmosphere in the molding chamber 2 with nitrogen gas. Thereby, oxidation of these, such as the mold set 16 and the glass material 30, can be prevented. Note that the oxygen concentration in the molding chamber 2 is set to 20 ppm or less, for example.
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。型セット１６は、この入口側のシャッタ８を開いて矢印方向（水平方向）に成形室２内のプレスステージ３に搬入される。ここで、型セット１６内のガラス素材３０は、エアシリンダ１７の昇降動作及び突き出し部材１１の突き出し動作によりプレス成形される。 Shutters 8 and 9 that can be opened and closed vertically are provided at the entrance and the exit of the molding chamber 2, respectively. The mold set 16 is carried into the press stage 3 in the molding chamber 2 in the direction of the arrow (horizontal direction) by opening the shutter 8 on the entrance side. Here, the glass material 30 in the mold set 16 is press-molded by the lifting / lowering operation of the air cylinder 17 and the protruding operation of the protruding member 11.
また、成形完了後の型セット１６は、冷却ステージ４に移送され、ここで所定の取り出し温度に冷却される。冷却された後の型セット１６は、出口側のシャッタ９を開いて矢印方向に成形室２から外部に搬出される。 The mold set 16 after completion of molding is transferred to the cooling stage 4 where it is cooled to a predetermined removal temperature. The mold set 16 after being cooled is opened out of the molding chamber 2 in the direction of the arrow by opening the shutter 9 on the outlet side.
なお、型セット１６の搬送は、不図示の搬送装置によって行われる。
図２は、型セット１６の組立てが完了した状態の断面図を示している。
この型セット１６は、第１の成形型としての下型１８、第２の成形型としての上型２０、及び保持部材としてのスリーブ２２を有している。下型１８及び上型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。
The mold set 16 is transported by a transport device (not shown).
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state where the assembly of the mold set 16 is completed.
The mold set 16 includes a lower mold 18 as a first mold, an upper mold 20 as a second mold, and a sleeve 22 as a holding member. The lower mold 18 and the upper mold 20 are fitted into the sleeve 22 from both ends of the sleeve 22 so that the molding surfaces 18a and 20a face each other.
下型１８は円柱形状をなしている。この下型１８は、スリーブ２２の内側下部に嵌挿されている。下型１８の端面には、上型２０との対向側に凹球面状（凹状）の成形面１８ａが形成されている。この成形面１８ａに、光学素材としての球状のガラス素材３０が載置される。また、成形面１８ａの外周部は平坦面１８ｂに形成されている。 The lower mold 18 has a cylindrical shape. The lower mold 18 is inserted into the inner lower portion of the sleeve 22. A concave spherical surface (concave) molding surface 18 a is formed on the end surface of the lower mold 18 on the side facing the upper mold 20. A spherical glass material 30 as an optical material is placed on the molding surface 18a. Moreover, the outer peripheral part of the molding surface 18a is formed in the flat surface 18b.
なお、本実施の形態では、下型１８の成形面１８ａが凹球面状に形成されている場合について説明するが、これに限らない。例えば、凹非球面状であってもよい。
上型２０は、大径のフランジ部２０１とそれよりも小径の本体部２０２とを有する段付き円柱形状をなしている。
In the present embodiment, the case where the molding surface 18a of the lower mold 18 is formed in a concave spherical shape will be described, but the present invention is not limited to this. For example, a concave aspheric shape may be used.
Upper die 20 is formed into a stepped cylindrical shape having a main body portion 20 2 of smaller diameter than the flange portion 20 1 of the large diameter.
上型２０のフランジ部２０１は、スリーブ２２の開口側の上端面に当接可能で、上型２０の本体部２０２は、スリーブ２２の内側上部に嵌挿されている。また、本体部２０２の端面には平坦な成形面２０ａが形成されている。なお、この成形面２０ａの形状は種々設計変更が可能である。 Flange 20 1 of the upper mold 20, can contact the upper end surface of the opening side of the sleeve 22, the main body portion 20 2 of the upper die 20 is inserted into the inside top of the sleeve 22. Also formed flat molding surface 20a on the end face of the main body portion 20 2. The shape of the molding surface 20a can be variously changed.
スリーブ２２は円筒形状をなしている。このスリーブ２２の上端面２２ａと下端面２２ｂは、型中心軸Ｏ−Ｏと直交するような平坦な平面に形成されている。
下型１８及び上型２０は、スリーブ２２の軸方向（Ｏ−Ｏ軸方向）すなわち上下方向に摺動自在に嵌挿されている。
The sleeve 22 has a cylindrical shape. The upper end surface 22a and the lower end surface 22b of the sleeve 22 are formed on a flat plane orthogonal to the mold center axis OO.
The lower mold 18 and the upper mold 20 are slidably inserted in the axial direction (OO axis direction) of the sleeve 22, that is, the vertical direction.
なお、下型１８及び上型２０は、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の超硬合金を研削・研磨して仕上げられている。また、ガラス素材３０は、市販の球状の光学ガラスが用いられている。なお、光学素材としてガラス素材３０を例として説明するが、これに限らない。例えば、ポリカーボネート等の合成樹脂であってもよい。 The lower mold 18 and the upper mold 20 are finished by grinding and polishing a cemented carbide such as tungsten carbide (WC). The glass material 30 is a commercially available spherical optical glass. In addition, although the glass material 30 is demonstrated as an example as an optical material, it is not restricted to this. For example, a synthetic resin such as polycarbonate may be used.
次に、光学素子の製造工程を、ガラス素材３０を下型１８の成形面１８ａに載置すると共に、成形型（下型１８及び上型２０）を組み立てる組立て工程と、ガラス素材３０の加熱工程及び成形工程とに分けて説明する。
（型セットの組立て工程）
前述した図２は、型セット１６の組立てが完了した状態の断面図を示している。
Next, in the optical element manufacturing process, the glass material 30 is placed on the molding surface 18a of the lower mold 18 and an assembling process for assembling the molding dies (the lower mold 18 and the upper mold 20), and the glass material 30 heating process. The description will be divided into the molding process.
(Assembly process of mold set)
FIG. 2 described above shows a cross-sectional view in a state where the assembly of the mold set 16 is completed.
この場合、下型１８及び上型２０等の組立てが完了した時点で、ガラス素材３０と上型２０の成形面２０ａとが非接触状態となるように、下型１８及び上型２０の寸法（Ｏ−Ｏ軸方向の寸法）とガラス素材３０の寸法（直径）とを設定しておく。 In this case, when the assembly of the lower mold 18 and the upper mold 20 is completed, the dimensions of the lower mold 18 and the upper mold 20 (so that the glass material 30 and the molding surface 20a of the upper mold 20 are not in contact with each other) The dimension in the OO axis direction) and the dimension (diameter) of the glass material 30 are set in advance.
まず、スリーブ２２の下端開口側から、凹球状の成形面１８ａを有する下型１８を挿入し、その成形面１８ａ上に球形状のガラス素材３０を載置する。この場合のガラス素材３０の載置動作は、不図示の搬送ロボットや搬送装置を用いてもよいし、又は手動で行ってもよい。 First, the lower mold 18 having a concave spherical molding surface 18a is inserted from the lower end opening side of the sleeve 22, and the spherical glass material 30 is placed on the molding surface 18a. In this case, the placing operation of the glass material 30 may be performed using a transport robot or a transport device (not shown), or may be performed manually.
なお、ガラス素材３０の形状は球形状が好ましいが、これに限らない。例えば、凸レンズ形状やラグビーボール形状のように、素材本体から突出する凸部分を有する形状であってもよい。 The shape of the glass material 30 is preferably a spherical shape, but is not limited thereto. For example, the shape which has a convex part which protrudes from a raw material main body like a convex lens shape or a rugby ball shape may be sufficient.
次に、スリーブ２２の上端開口側から、上型２０を挿入してスリーブ２２の上端面２２ａに上型２０のフランジ２０１を当接させて型組立てを行う。すなわち、型組立て状態では、上型２０のフランジ２０１がスリーブ２２の上端面２２ａに載置され、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とに隙間が設けられている。 Next, from the upper end opening side of the sleeve 22, by inserting the upper die 20 is brought into contact with the flange 20 1 of the upper mold 20 to the upper end face 22a of the sleeve 22 performs mold assembled. That is, in the mold assembly state, the flange 20 1 of the upper mold 20 is mounted on the upper end face 22a of the sleeve 22, a gap is provided on the molding surface 20a and the glass material 30 of the upper mold 20.
次に、成形工程に移行する。
（加熱工程及び成形工程）
次に、図３〜図５に基づき、本実施の形態の加熱工程及び成形工程について説明する。（１）図３に示すように、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２内のプレスステージ３に搬送する。そして、この型セット１６を、予め所定温度に加熱してある上プレート１２及び下プレート１４間に配置する。上プレート１２及び下プレート１４の加熱は、上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５によって行われる。
Next, the process proceeds to the molding process.
(Heating process and molding process)
Next, based on FIGS. 3-5, the heating process and shaping | molding process of this Embodiment are demonstrated. (1) As shown in FIG. 3, the mold set 16 is transported to the press stage 3 in the molding chamber 2 using a transport device (not shown). And this type | mold set 16 is arrange | positioned between the upper plate 12 and the lower plate 14 previously heated to predetermined temperature. The upper plate 12 and the lower plate 14 are heated by the upper cartridge heater 13 and the lower cartridge heater 15.
次いで、エアシリンダ１７の駆動により、上プレート１２を下降させて上型２０の上面に上プレート１２を当接させる。こうして、上プレート１２及び下プレート１４からの熱は、型セット１６に伝達される。こうして、下型１８の成形面１８ａ上に載置されたガラス素材３０は、ガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱される。 Next, by driving the air cylinder 17, the upper plate 12 is lowered to bring the upper plate 12 into contact with the upper surface of the upper mold 20. Thus, heat from the upper plate 12 and the lower plate 14 is transferred to the mold set 16. Thus, the glass material 30 placed on the molding surface 18a of the lower mold 18 is heated to a temperature equal to or higher than the glass yield point (At point).
この時点では、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とは接触していない。このため、下型１８の成形面１８ａ上に載置された球状のガラス素材３０は、型セット１６の搬送等による振動があっても、加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで凹状の成形面１８ａの中心位置に復帰する。これにより、ガラス素材３０の中心が型中心軸Ｏ−Ｏ（図２参照）に一致する。この点が、各実施の形態を通じて共通の特徴点である。 At this time, the molding surface 20a of the upper mold 20 and the glass material 30 are not in contact with each other. For this reason, the spherical glass material 30 placed on the molding surface 18a of the lower mold 18 has a concave shape due to rolling due to the weight of the glass material 30 during the heating process even if there is vibration due to conveyance of the mold set 16 or the like. It returns to the center position of the molding surface 18a. Thereby, the center of the glass raw material 30 corresponds to type | mold center axis | shaft OO (refer FIG. 2). This is a common feature point throughout the embodiments.
なお、ガラス素材３０の自重による転がりのみでなく、例えばガラス素材３０の滑りによってもガラス素材３０は成形面１８ａの中心位置に復帰することができる。
このとき、上型２０とガラス素材３０との間隙が大きすぎるとガラス素材３０の加熱効率が低下する。上型２０からの伝熱量が少なくなるためである。同様に、この間隙が大きすぎると、後述する突き出し部材１１でガラス素材３０を上動させる際に、ガラス素材３０の中心が型中心軸Ｏ−Ｏからずれるおそれがある。そこで、上型２０とガラス素材３０との間隙は小さい方が望ましい。
Note that the glass material 30 can return to the center position of the molding surface 18a not only by rolling due to its own weight, but also by sliding the glass material 30, for example.
At this time, if the gap between the upper mold 20 and the glass material 30 is too large, the heating efficiency of the glass material 30 decreases. This is because the amount of heat transfer from the upper mold 20 is reduced. Similarly, if the gap is too large, the center of the glass material 30 may be shifted from the mold center axis OO when the glass material 30 is moved upward by the protruding member 11 described later. Therefore, it is desirable that the gap between the upper mold 20 and the glass material 30 is small.
なお、ガラス屈伏点（Ａｔ点）とは、例えばガラスの熱膨張曲線において、見かけ上、膨張が停止する温度の意味で使用している。
このように、ガラス素材３０がガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱されることで、プレス成形が可能となる。
（２）次に、図４に示すように、不図示の駆動手段により突き出し部材１１を下方から上
方に向けて突出移動させる。
Note that the glass yield point (At point) is used to mean the temperature at which expansion stops apparently in the thermal expansion curve of glass, for example.
Thus, press molding becomes possible because the glass material 30 is heated to a temperature equal to or higher than the glass yield point (At point).
(2) Next, as shown in FIG. 4, the protruding member 11 is protruded and moved upward from below by driving means (not shown).
こうして、上型２０に対し下型１８を上方向に移動（上動）させ、ガラス素材３０を上型２０の成形面２０ａに押し当ててプレス成形を開始する。このとき、ガラス素材３０が上型２０の成形面２０ａに当接した時点においても、ガラス素材３０の中心は型中心軸Ｏ−Ｏ（図２参照）と一致している。 Thus, the lower mold 18 is moved upward (moved upward) with respect to the upper mold 20, and the glass material 30 is pressed against the molding surface 20 a of the upper mold 20 to start press molding. At this time, even when the glass material 30 comes into contact with the molding surface 20a of the upper mold 20, the center of the glass material 30 coincides with the mold center axis OO (see FIG. 2).
この場合、図示しない測定スケールにて、下型１８によるプレス量を測定しつつガラス素材３０のプレスを行う。さらに、ガラス素材３０が所定肉厚になるまで突き出し部材１１を上動させる。
（３）図５に示すように、ガラス素材３０が所定肉厚に到達した時点で、プレスを完了する。こうして、所望形状の光学素子（冷却前）３１が成形される。次いで、プレスステージ３において型セット１６の冷却を開始する。このときの冷却は、上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５の温度を調節することにより行う。そして、ガラス素材３０がガラス転移点（Ｔｇ点）付近の温度になったところで、突き出し部材１１を下げる。さらに、上プレート１２を上昇させて型セット１６を開放する。
In this case, the glass material 30 is pressed while measuring the pressing amount by the lower mold 18 on a measurement scale (not shown). Further, the protruding member 11 is moved up until the glass material 30 has a predetermined thickness.
(3) As shown in FIG. 5, the press is completed when the glass material 30 reaches a predetermined thickness. In this way, an optical element 31 (before cooling) having a desired shape is formed. Next, cooling of the mold set 16 is started in the press stage 3. The cooling at this time is performed by adjusting the temperature of the upper cartridge heater 13 and the lower cartridge heater 15. When the glass material 30 reaches a temperature near the glass transition point (Tg point), the protruding member 11 is lowered. Further, the upper plate 12 is raised to open the mold set 16.
なお、ガラス転移点（Ｔｇ点）とは、一般的にはガラスの熱膨張曲線の解析から求められる温度であって、過冷却液体がガラス状態に変わる温度の意味で使用している。
（４）次に、不図示の搬送装置を用いて型セット１６をプレスステージ３から冷却ステージ４に移送する。
The glass transition point (Tg point) is generally a temperature obtained from analysis of the thermal expansion curve of glass, and is used to mean a temperature at which the supercooled liquid changes to a glass state.
(4) Next, the mold set 16 is transferred from the press stage 3 to the cooling stage 4 using a transfer device (not shown).
この冷却ステージ４では、エアシリンダ１７’の駆動により、上プレート１２’を下降させて上型２０の上面に上プレート１２’を当接させる。こうして、上プレート１２’及び下プレート１４’からの熱が、型セット１６に伝達される。そして、光学素子３１は所定温度に冷却される。この冷却後、上プレート１２’を上昇させ、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２の外部に搬出する。 In the cooling stage 4, the upper plate 12 ′ is lowered by driving the air cylinder 17 ′ and the upper plate 12 ′ is brought into contact with the upper surface of the upper mold 20. Thus, heat from the upper plate 12 ′ and the lower plate 14 ′ is transferred to the mold set 16. Then, the optical element 31 is cooled to a predetermined temperature. After this cooling, the upper plate 12 ′ is raised and the mold set 16 is carried out of the molding chamber 2 using a transport device (not shown).
搬出された型セット１６を分解して、内部の成形品（光学素子３１）が取り出される。
本実施の形態によれば、下型１８の凹状の成形面１８ａにガラス素材３０を載置する載置工程と、載置されたガラス素材３０との間にプレス方向に隙間を設けるように、上型２０をスリーブ２２で保持した状態でその成形面２０ａを下型１８の成形面１８ａに対向配置する型組立て工程と、上型２０を停止した状態で下型１８の上動により上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とを接触させてプレス成形する成形工程とを備えたので、プレス開始時まではガラス素材３０が型に拘束されないので、型セット１６の搬送による振動があったとしても、搬送終了後の加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりでガラス素材３０は型中心に復帰する。
The carried out mold set 16 is disassembled, and the internal molded product (optical element 31) is taken out.
According to this embodiment, so as to provide a gap in the pressing direction between the placing step of placing the glass material 30 on the concave molding surface 18a of the lower mold 18 and the placed glass material 30. A mold assembling process in which the molding surface 20a is disposed opposite to the molding surface 18a of the lower mold 18 while the upper mold 20 is held by the sleeve 22, and the upper mold 20 is moved by the upper mold 20 being moved upward. The molding surface 20a and the glass material 30 are brought into contact with each other, and the molding process of press molding is provided. Therefore, the glass material 30 is not restrained by the mold until the start of pressing. In addition, the glass material 30 returns to the center of the mold by rolling due to its own weight during the heating process after completion of conveyance.
これにより、常にガラス素材３０は型中心で成形され、偏肉不良やバリの発生のない光学素子を歩留まりよく製造することができる。
（変形例）
図６は、本実施の形態の変形例を示す図である。
As a result, the glass material 30 is always molded at the center of the mold, and an optical element free from uneven thickness defects or burrs can be manufactured with high yield.
(Modification)
FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the present embodiment.
第１の実施の形態では、下型１８及び上型２０をスリーブ２２に嵌挿することで、下型１８と上型２０の中心軸Ｏ−Ｏを一致させるようにした。また、スリーブ２２の上端面２２ａに上型２０のフランジ部２０１を当接することで、下型１８と上型２０の成形面１８ａ，２０ａ間の間隔制御を行ったが、これに限らない。 In the first embodiment, the lower mold 18 and the upper mold 20 are fitted into the sleeve 22 so that the central axes OO of the lower mold 18 and the upper mold 20 are aligned. Further, by abutting the flange 20 1 of the upper mold 20 to the upper end face 22a of the sleeve 22, the molding surface 18a of the lower mold 18 and upper mold 20, were subjected to distance control between 20a, not limited to this.
例えば、図６に示すように、円筒状のスリーブ２２の外周側に、このスリーブ２２よりもＯ−Ｏ軸方向に長い保持部材としての規制部材２４を配置する。そして、この規制部材
２４の上端面２４ａに上型２０のフランジ部２０１を当接させる。すなわち、型組立て状態では、上型２０のフランジ２０１が規制部材２４の上端面２４ａに載置され、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とに隙間が設けられている。こうして、上型２０のプレス方向の位置を規制することができる。
For example, as shown in FIG. 6, a regulating member 24 as a holding member that is longer in the OO axial direction than the sleeve 22 is disposed on the outer peripheral side of the cylindrical sleeve 22. Then, abut the flange portion 20 1 of the upper mold 20 to the upper end face 24a of the regulating member 24. That is, in the mold assembly state, the flange 20 1 of the upper mold 20 is mounted on the upper end face 24a of the regulating member 24, a gap is provided on the molding surface 20a and the glass material 30 of the upper mold 20. In this way, the position of the upper die 20 in the pressing direction can be regulated.
なお、この規制部材２４も円筒状をなしている。また、この規制部材２４は、開口側の両端面２４ａ，２４ｂが型中心軸Ｏ−Ｏに対し直交する平面に仕上げられている。また、この規制部材２４は円筒状に限らず、矩形の筒状等であってもよい。 The restricting member 24 is also cylindrical. Further, the restricting member 24 is finished so that both end surfaces 24a and 24b on the opening side are orthogonal to the mold center axis OO. Further, the regulating member 24 is not limited to a cylindrical shape, and may be a rectangular tubular shape.
次に、プレス成形に際しては、図４と同様に、不図示の駆動手段により、突き出し部材１１（図４参照）を下方から上方に向けて突出移動させる。次いで、図５と同様に、上型２０に対し下型１８を上動させ、ガラス素材３０を上型２０の成形面２０ａに押し当ててプレス成形を行う。 Next, at the time of press forming, the protruding member 11 (see FIG. 4) is protruded and moved upward from below by driving means (not shown) as in FIG. Next, as in FIG. 5, the lower mold 18 is moved upward with respect to the upper mold 20, and the glass material 30 is pressed against the molding surface 20 a of the upper mold 20 to perform press molding.
この変形例によれば、まずスリーブ２２により、下型１８と上型２０の型中心軸Ｏ−Ｏを一致させることができる。次いで、規制部材２４により、下型１８と上型２０の成形面１８ａ，２０ａ間の間隔を任意に調整することができる。 According to this modification, first, the mold center axes OO of the lower mold 18 and the upper mold 20 can be matched by the sleeve 22. Next, the spacing between the molding surfaces 18 a and 20 a of the lower mold 18 and the upper mold 20 can be arbitrarily adjusted by the regulating member 24.
この変形例によれば、下型１８及び上型２０を保持するスリーブ２２の他に、規制部材２４を用いたことで、ガラス素材３０と上型２０の成形面２０ａとの隙間を容易に任意に調整することができる。 According to this modification, in addition to the sleeve 22 that holds the lower mold 18 and the upper mold 20, the restriction member 24 is used, so that the gap between the glass material 30 and the molding surface 20 a of the upper mold 20 can be easily set arbitrarily. Can be adjusted.
すなわち、スリーブ２２を保持部材とした場合、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０との隙間寸法を変更する毎に新しいスリーブ２２を用意し、下型１８及び上型２０が嵌合するスリーブ２２の内周面、スリーブ２２の上端面２２ａ及びスリーブ２２の下端面２２ｂを高精度に加工する必要が出てきてしまう。 That is, when the sleeve 22 is a holding member, a new sleeve 22 is prepared each time the gap dimension between the molding surface 20a of the upper mold 20 and the glass material 30 is changed, and the lower mold 18 and the upper mold 20 are fitted together. Therefore, it is necessary to process the inner peripheral surface 22, the upper end surface 22 a of the sleeve 22, and the lower end surface 22 b of the sleeve 22 with high accuracy.
本変形例では、スリーブ２２とは別体の規制部材２４を用いているため、スリーブ２２を変更することなく、上端面２４ａ及び下端面２４ｂのみを高精度に加工した規制部材２４を変更するだけで良くなり、前記隙間寸法の変更が容易となる。
［第２の実施の形態］
（型セットの組立て工程）
図７は、型セット１６の組立てが完了した状態の断面図を示している。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。
（１）本実施の形態では、ガラス素材３０よりも線膨張係数の小さい材質の下型１８及び上型２０とスリーブ２２とを準備する。
In this modification, since the regulating member 24 separate from the sleeve 22 is used, without changing the sleeve 22, only the regulating member 24 obtained by processing only the upper end surface 24a and the lower end surface 24b with high accuracy is changed. It becomes easy to change the gap size.
[Second Embodiment]
(Assembly process of mold set)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where the assembly of the mold set 16 is completed. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent member as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
(1) In the present embodiment, the lower mold 18 and the upper mold 20 having a smaller linear expansion coefficient than the glass material 30 and the sleeve 22 are prepared.
そして、常温で、ガラス素材３０と上型２０の成形面２０ａとが非接触状態となるように設定する。また、型セット１６の加熱中に、下型１８、上型２０とスリーブ２２に対してガラス素材３０がより一層大きく膨張して、ガラス素材３０と上型２０との隙間がなくなるようにする。 And it sets so that the glass raw material 30 and the molding surface 20a of the upper mold | type 20 may be in a non-contact state at normal temperature. Further, during the heating of the mold set 16, the glass material 30 expands further with respect to the lower mold 18, the upper mold 20 and the sleeve 22, so that there is no gap between the glass material 30 and the upper mold 20.
すなわち、ガラス素材３０として、Ｌ−ＢＡＬ４２（（株）オハラ製）を用い、直径がφ５ｍｍ、線膨張係数が８．８×１０−６とする。このガラス素材３０を常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、２４μｍ膨張する。 That is, L-BAL42 (manufactured by OHARA INC.) Is used as the glass material 30, and the diameter is 5 mm and the linear expansion coefficient is 8.8 × 10 −6 . When this glass material 30 is heated from room temperature (20 ° C.) to a temperature of 570 ° C., it expands by 24 μm.
次に、下型１８及び上型２０としてタングステンカーバイド（ＷＣ）を用い、図７の下型１８の軸方向の長さＢと、上型２０の本体部２０２の軸方向の長さＡと、の和（Ａ＋Ｂ）が１４ｍｍ、線膨張係数が４．８×１０−６とする。このような下型１８及び上型２０を、常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、３７μｍ膨張する。 Next, a tungsten carbide (WC) as a lower mold 18 and upper mold 20, and the axial length B of the lower die 18 in FIG. 7, the length in the axial direction of the main body portion 20 2 of the upper die 20 A , (A + B) is 14 mm, and the linear expansion coefficient is 4.8 × 10 −6 . When the lower mold 18 and the upper mold 20 are heated from room temperature (20 ° C.) to a temperature of 570 ° C., they expand by 37 μm.
さらに、スリーブ２２としてタングステンカーバイド（ＷＣ）を用い、軸方向長さが１９ｍｍ、線膨張係数が４．８×１０−６とする。このスリーブ２２を、常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、５０μｍ膨張する。 Further, tungsten carbide (WC) is used as the sleeve 22, the axial length is 19 mm, and the linear expansion coefficient is 4.8 × 10 −6 . When the sleeve 22 is heated from room temperature (20 ° C.) to a temperature of 570 ° C., it expands by 50 μm.
合計すると、加熱完了時の下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａの間隔は、１３μｍ拡大し、ガラス素材３０は２４μｍ膨張する。このため、常温時の下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａの間隔を１１μｍ以下に設定するようにする。
（２）次に、スリーブ２２の下端開口側から、凹球状の成形面１８ａを有する下型１８を挿入し、その成形面１８ａ上に球形のガラス素材３０を載置する。
In total, the space between the molding surfaces 18a and 20a of the lower mold 18 and the upper mold 20 when heating is completed is expanded by 13 μm, and the glass material 30 expands by 24 μm. For this reason, the space | interval of the molding surfaces 18a and 20a of the lower mold | type 18 and the upper mold | type 20 at normal temperature is set to 11 micrometers or less.
(2) Next, the lower mold 18 having the concave spherical molding surface 18a is inserted from the lower end opening side of the sleeve 22, and the spherical glass material 30 is placed on the molding surface 18a.
次に、スリーブ２２の上端開口側から、上型２０を挿入してスリーブ２２の上端面２２ａに上型２０のフランジ２０１を当接させて型組立てを行う。すなわち、型組立て状態では、上型２０のフランジ２０１がスリーブ２２の上端面２２ａに載置され、上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とに隙間が設けられている。
（加熱工程及び成形工程）
次に、図８〜図１０に基づき、本実施の形態の加熱工程及び成形工程について説明する。
（１）図８に示すように、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２内のプレスステージ３に搬送する。そして、この型セット１６を、予め所定温度に加熱してある上プレート１２及び下プレート１４間に配置する。
Next, from the upper end opening side of the sleeve 22, by inserting the upper die 20 is brought into contact with the flange 20 1 of the upper mold 20 to the upper end face 22a of the sleeve 22 performs mold assembled. That is, in the mold assembly state, the flange 20 1 of the upper mold 20 is mounted on the upper end face 22a of the sleeve 22, a gap is provided on the molding surface 20a and the glass material 30 of the upper mold 20.
(Heating process and molding process)
Next, based on FIGS. 8-10, the heating process and shaping | molding process of this Embodiment are demonstrated.
(1) As shown in FIG. 8, the mold set 16 is transported to the press stage 3 in the molding chamber 2 using a transport device (not shown). And this type | mold set 16 is arrange | positioned between the upper plate 12 and the lower plate 14 previously heated to predetermined temperature.
この時点では、上型２０とガラス素材３０とは接触していない。このため、下型１８の成形面１８ａ上に載置された球状のガラス素材３０は、型セット１６の搬送等による振動があっても、加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで下型１８の凹状の成形面１８ａの中心位置に復帰する。これにより、ガラス素材３０の中心が型中心軸Ｏ−Ｏに一致する。 At this point, the upper mold 20 and the glass material 30 are not in contact. For this reason, the spherical glass material 30 placed on the molding surface 18a of the lower mold 18 is rolled by the weight of the glass material 30 during the heating process even if there is vibration due to the conveyance of the mold set 16 or the like. It returns to the center position of the 18 shaped molding surface 18a. As a result, the center of the glass material 30 coincides with the mold center axis OO.
次いで、エアシリンダ１７の駆動により、上プレート１２を下降させて上型２０の上面に上プレート１２を当接させる。こうして、上プレート１２及び下プレート１４からの熱は、型セット１６に伝達される。そして、下型１８の成形面１８ａ上に載置されたガラス素材３０は、ガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱される。 Next, by driving the air cylinder 17, the upper plate 12 is lowered to bring the upper plate 12 into contact with the upper surface of the upper mold 20. Thus, heat from the upper plate 12 and the lower plate 14 is transferred to the mold set 16. And the glass raw material 30 mounted on the molding surface 18a of the lower mold | type 18 is heated by the temperature more than a glass yield point (At point).
この加熱により、ガラス素材３０が膨張して上型２０の成形面２０ａと接触し、上型２０と上プレート１２とを若干持ち上げる（図８参照）。こうして、上型２０のフランジ部２０１がスリーブ２２の上端面２２ａからわずかに（寸法ｈ）離れる。これにより、ガラス素材３０は下型１８と上型２０間に挟持される。なお、このとき、上プレート１２を加圧しているエアシリンダ１７の加圧力を低く設定しておく。 By this heating, the glass material 30 expands and comes into contact with the molding surface 20a of the upper mold 20 to slightly lift the upper mold 20 and the upper plate 12 (see FIG. 8). Thus, the flange portion 20 1 of the upper die 20 is slightly apart (dimension h) of the upper end face 22a of the sleeve 22. As a result, the glass material 30 is sandwiched between the lower mold 18 and the upper mold 20. At this time, the pressure of the air cylinder 17 that pressurizes the upper plate 12 is set low.
さらに時間が経過し、ガラス素材３０が成形可能なガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱されると、上型２０のフランジ部２０１がスリーブ２２の上端面２２ａに当接するまで下降し、ガラス素材３０は微量に変形する。 Elapses further time, the glass material 30 is heated to a temperature above the moldable glass deformation point (At point), lowered to the flange portion 20 1 of the upper die 20 abuts the upper end surface 22a of the sleeve 22 The glass material 30 is deformed to a small amount.
なお、上プレート１２を加圧しているエアシリンダ１７の加圧力を低く設定せずに、通常に設定しておいてもよい。この場合は、ガラス素材３０が膨張しても上型２０と上プレート１２を持ち上げることはなく、ガラス素材３０は軟化し上型２０の成形面２０ａと接触して変形する。
（２）次に、図９に示すように、不図示の駆動手段により、突き出し部材１１を下方から上方に向けて突出移動させる。こうして、上型２０に対し下型１８を上動させ、ガラス素材３０を上型２０の成形面２０ａに押し当てて成形を開始する。
In addition, you may set normally, without setting the pressurization force of the air cylinder 17 which is pressurizing the upper plate 12 low. In this case, even if the glass material 30 expands, the upper mold 20 and the upper plate 12 are not lifted, and the glass material 30 softens and contacts the molding surface 20a of the upper mold 20 to be deformed.
(2) Next, as shown in FIG. 9, the projecting member 11 is projected and moved upward from below by driving means (not shown). In this way, the lower mold 18 is moved upward with respect to the upper mold 20, and the glass material 30 is pressed against the molding surface 20 a of the upper mold 20 to start molding.
このとき、図示しない測定スケールにて、下型１８によるプレス量を測定しつつガラス素材３０のプレスを行う。さらに、ガラス素材３０が所定肉厚になるまで突き出し部材１１を上動させる。
（３）図１０に示すように、ガラス素材３０が所定肉厚に到達した時点で、プレスを完了する。こうして、所望形状の光学素子（冷却前）３１が成形される。
At this time, the glass material 30 is pressed while measuring the pressing amount by the lower mold 18 on a measurement scale (not shown). Further, the protruding member 11 is moved up until the glass material 30 has a predetermined thickness.
(3) As shown in FIG. 10, the press is completed when the glass material 30 reaches a predetermined thickness. In this way, an optical element 31 (before cooling) having a desired shape is formed.
次いで、プレスステージ３での型セット１６の冷却を開始する。このときの冷却は、上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５の温度を調節することにより行う。そして、ガラス素材３０がガラス転移点（Ｔｇ点）付近の温度になったところで、突き出し部材１１を降下させる。さらに、上プレート１２を上昇させて型セット１６を開放する。
（４）次に、不図示の搬送装置を用いて、型セット１６をプレスステージ３から冷却ステージ４に移送する。
Next, cooling of the die set 16 on the press stage 3 is started. The cooling at this time is performed by adjusting the temperature of the upper cartridge heater 13 and the lower cartridge heater 15. Then, when the glass material 30 reaches a temperature near the glass transition point (Tg point), the protruding member 11 is lowered. Further, the upper plate 12 is raised to open the mold set 16.
(4) Next, the mold set 16 is transferred from the press stage 3 to the cooling stage 4 using a transfer device (not shown).
こうして、前述した場合と同様に、ガラス素材３０を所定温度に冷却した後、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２の外部に搬出する。そして、型セット１６を分解し光学素子３１を取り出す。 Thus, as in the case described above, after the glass material 30 has been cooled to a predetermined temperature, the mold set 16 is carried out of the molding chamber 2 using a transport device (not shown). Then, the mold set 16 is disassembled and the optical element 31 is taken out.
本実施の形態によれば、ガラス素材３０よりも線膨張係数の小さい下型１８及び上型２０とスリーブ２２を用い、加圧成形前に下型１８、上型２０、及びスリーブ２２の加熱膨張により上型２０の成形面２０ａとガラス素材３０とを接触させた後に下型１８を上動させるようにしたので、加熱開始時まではガラス素材３０が型に拘束されないため、型セット１６の搬送による振動があったとしても、搬送終了後の加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで型中心に復帰する。 According to the present embodiment, the lower mold 18, the upper mold 20 and the sleeve 22 having a smaller linear expansion coefficient than the glass material 30 are used, and the lower mold 18, the upper mold 20, and the sleeve 22 are heated and expanded before pressure molding. Since the lower mold 18 is moved up after the molding surface 20a of the upper mold 20 is brought into contact with the glass material 30, the glass material 30 is not restrained by the mold until the start of heating. Even if there is vibration due to, the glass material 30 returns to the center of the mold by rolling due to its own weight during the heating process after the end of conveyance.
さらに、加熱時及び下型１８の上動時には、ガラス素材３０は下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａに挟持されているので、その動作振動によってもガラス素材３０が型中心から移動することもない。 Further, since the glass material 30 is sandwiched between the molding surfaces 18a and 20a of the lower mold 18 and the upper mold 20 during heating and when the lower mold 18 is moved upward, the glass material 30 is also moved from the mold center by its operating vibration. I don't have to.
これにより、常にガラス素材３０は型中心で成形され、偏肉不良やバリの発生がない光学素子を歩留まり良く製造することができる。
［第３の実施の形態］
（型セットの組立て工程）
本実施の形態では、基本的に第２の実施の形態と同様であるので、前述した図７〜図１０を用いて説明する。
（１）本実施の形態では、ガラス素材３０よりも線膨張係数の小さい材質の下型１８及び上型２０とスリーブ２２とを準備する。また、下型１８及び上型２０よりも線膨張係数の小さい材質のスリーブ２２を用いる。
As a result, the glass material 30 is always molded at the center of the mold, and an optical element free from uneven thickness defects or burrs can be manufactured with high yield.
[Third Embodiment]
(Assembly process of mold set)
Since this embodiment is basically the same as the second embodiment, the description will be made with reference to FIGS.
(1) In the present embodiment, the lower mold 18 and the upper mold 20 having a smaller linear expansion coefficient than the glass material 30 and the sleeve 22 are prepared. A sleeve 22 made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the lower mold 18 and the upper mold 20 is used.
本実施の形態では、常温で、ガラス素材３０と上型２０の成形面２０ａとが非接触状態となり、型セット１６の加熱中に隙間がなくなるようにする。すなわち、型セット１６の加熱中に、下型１８と上型２０、及びスリーブ２２に対してガラス素材３０がより大きく膨張し、また、スリーブ２２に対して下型１８及び上型２０が大きく膨張するようにした。 In the present embodiment, the glass material 30 and the molding surface 20a of the upper mold 20 are not in contact with each other at room temperature so that there is no gap during heating of the mold set 16. That is, during heating of the mold set 16, the glass material 30 expands more with respect to the lower mold 18, the upper mold 20, and the sleeve 22, and the lower mold 18 and the upper mold 20 expand with respect to the sleeve 22. I tried to do it.
例えば、ガラス素材３０としてＬ−ＢＡＬ４２（（株）オハラ製）を用い、直径がφ１ｍｍ、線膨張係数が８．８×１０−６とする。このガラス素材３０を常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、ガラス素材３０は５μｍ膨張する。 For example, L-BAL42 (manufactured by OHARA INC.) Is used as the glass material 30, and the diameter is 1 mm and the linear expansion coefficient is 8.8 × 10 −6 . When this glass material 30 is heated from room temperature (20 ° C.) to a temperature of 570 ° C., the glass material 30 expands by 5 μm.
また、下型１８及び上型２０としてタンクステンカーバイド（ＷＣ）を用い、図７の下型１８の軸方向の長さＢと、上型２０の本体部２０２の軸方向の長さＡと、の和（Ａ＋Ｂ）が１４ｍｍ、線膨張係数が４．８×１０−６とする。この下型１８及び上型２０を、常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、３７μｍ膨張する。 Further, using a tank Sten carbide (WC) as a lower mold 18 and upper mold 20, and the axial length B of the lower die 18 in FIG. 7, the length in the axial direction of the main body portion 20 2 of the upper die 20 A , (A + B) is 14 mm, and the linear expansion coefficient is 4.8 × 10 −6 . When the lower mold 18 and the upper mold 20 are heated from room temperature (20 ° C.) to a temperature of 570 ° C., they expand by 37 μm.
さらに、スリーブ２２として窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を用い、軸方向長さが１５ｍｍ、線膨張係数が２．１×１０−６とする。このスリーブ２２を、常温（２０℃）から温度５７０℃まで加熱すると、１７μｍ膨張する。 Further, silicon nitride (Si 3 N 4 ) is used as the sleeve 22, the axial length is 15 mm, and the linear expansion coefficient is 2.1 × 10 −6 . When the sleeve 22 is heated from room temperature (20 ° C.) to a temperature of 570 ° C., it expands by 17 μm.
合計すると、加熱完了時の上型２０及び下型１８の成形面２０ａ，１８ａの間隔は２０μ減少し、ガラス素材３０は５μｍ膨張する。このため、ガラス素材３０と上型２０との常温時の隙間を２５μｍ以下に設定する。
（２）次に、スリーブ２２の下端開口側から、凹球状の成形面１８ａを有する下型１８を挿入し、その成形面１８ａ上に球形のガラス素材３０を載置する。
In total, the space between the molding surfaces 20a and 18a of the upper mold 20 and the lower mold 18 when heating is completed is reduced by 20 μ, and the glass material 30 expands by 5 μm. For this reason, the clearance at the normal temperature between the glass material 30 and the upper mold 20 is set to 25 μm or less.
(2) Next, the lower mold 18 having the concave spherical molding surface 18a is inserted from the lower end opening side of the sleeve 22, and the spherical glass material 30 is placed on the molding surface 18a.
次に、スリーブ２２の上端開口側から、上型２０を挿入してスリーブ２２の上端面２２ａに上型２０のフランジ部２０１を当接させて型組立てを行う。
次に、加熱工程及び成形工程に移行する。
（加熱工程及び成形工程）
次に、前述した図８〜図１０に基づき、本実施の形態の加熱工程及び成形工程について説明する。
Next, from the upper end opening side of the sleeve 22, by inserting the upper die 20 is brought into contact with the flange portion 20 1 of the upper mold 20 to the upper end face 22a of the sleeve 22 performs mold assembled.
Next, the process proceeds to a heating process and a molding process.
(Heating process and molding process)
Next, based on FIGS. 8-10 mentioned above, the heating process and shaping | molding process of this Embodiment are demonstrated.
本実施の形態の加熱・成形工程は、基本的に第２の実施の形態で説明した内容と同様であるため、その一部を重複して説明する。
（１）図８に示すように、不図示の搬送装置を用いて、型セット１６を成形室２内のプレスステージ３に搬送する。そして、この型セット１６を、予め所定温度に加熱してある上プレート１２及び下プレート１４間に配置する。
Since the heating / molding process of the present embodiment is basically the same as the contents described in the second embodiment, a part thereof will be described.
(1) As shown in FIG. 8, the mold set 16 is transported to the press stage 3 in the molding chamber 2 using a transport device (not shown). And this type | mold set 16 is arrange | positioned between the upper plate 12 and the lower plate 14 previously heated to predetermined temperature.
この時点では、上型２０とガラス素材３０とは接触していない。このため、下型１８の成形面１８ａ上に載置された球形状のガラス素材３０は、型セット１６の搬送等による振動があっても、加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで下型１８の凹状の成形面１８ａの中心位置に復帰する。これにより、ガラス素材３０の中心が型中心軸Ｏ−Ｏに一致する。 At this point, the upper mold 20 and the glass material 30 are not in contact. For this reason, the spherical glass material 30 placed on the molding surface 18a of the lower mold 18 is lowered by rolling due to the weight of the glass material 30 during the heating process even if there is vibration due to conveyance of the mold set 16 or the like. The mold 18 returns to the center position of the concave molding surface 18a. As a result, the center of the glass material 30 coincides with the mold center axis OO.
次いで、エアシリンダ１７の駆動により、上プレート１２を下降させて上型２０の上面に上プレート１２を当接させる。こうして、上プレート１２及び下プレート１４からの熱は、型セット１６に伝達される。そして、下型１８の成形面１８ａ上に載置されたガラス素材３０は、ガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱される。 Next, by driving the air cylinder 17, the upper plate 12 is lowered to bring the upper plate 12 into contact with the upper surface of the upper mold 20. Thus, heat from the upper plate 12 and the lower plate 14 is transferred to the mold set 16. And the glass raw material 30 mounted on the molding surface 18a of the lower mold | type 18 is heated by the temperature more than a glass yield point (At point).
この加熱により、ガラス素材３０が膨張して上型２０の成形面２０ａと接触し、上型２０と上プレート１２とを持ち上げる（図８参照）。こうして、上型２０のフランジ部２０１がスリーブ２２の上端面２２ａからわずかに（寸法ｈ）離れる。これにより、ガラス素材３０は下型１８と上型２０間に挟持される。なお、このとき、上プレート１２を加圧しているエアシリンダ１７の加圧力は低く設定しておく。 By this heating, the glass material 30 expands and comes into contact with the molding surface 20a of the upper mold 20 to lift the upper mold 20 and the upper plate 12 (see FIG. 8). Thus, the flange portion 20 1 of the upper die 20 is slightly apart (dimension h) of the upper end face 22a of the sleeve 22. As a result, the glass material 30 is sandwiched between the lower mold 18 and the upper mold 20. At this time, the pressure of the air cylinder 17 that pressurizes the upper plate 12 is set low.
さらに時間が経過し、ガラス素材３０が成形可能なガラス屈伏点（Ａｔ点）以上の温度に加熱されると、上型２０のフランジ部２０１がスリーブ２２の上端面に当接するまで下降し、ガラス素材３０は微量に変形する。
（２）次に、図９に示すように、不図示の駆動手段により、突き出し部材１１を下方から上方に向けて突出移動させる。こうして、上型２０に対し下型１８を上動させ、ガラス素
材３０を上型２０の成形面２０ａに押し当てて成形を開始する。
Elapses further time, the glass material 30 is heated to a temperature above the moldable glass deformation point (At point), lowered to the flange portion 20 1 of the upper mold 20 abuts against the upper end surface of the sleeve 22, The glass material 30 is deformed in a small amount.
(2) Next, as shown in FIG. 9, the projecting member 11 is projected and moved upward from below by driving means (not shown). In this way, the lower mold 18 is moved upward with respect to the upper mold 20, and the glass material 30 is pressed against the molding surface 20 a of the upper mold 20 to start molding.
このとき、図示しない測定スケールにて、下型１８によるプレス量を測定しつつガラス素材３０のプレスを行う。さらに、ガラス素材３０が所定肉厚になるまで突き出し部材１１を上動させる。
（３）次に、図１０に示すように、ガラス素材３０が所定肉厚に到達した時点で、プレスを完了する。次いで、プレスステージ３での型セット１６の冷却を開始する。このときの冷却は、上カートリッジヒータ１３及び下カートリッジヒータ１５の温度を調節することにより行う。そして、ガラス素材３０がガラス転移点（Ｔｇ点）付近の温度になったところで、突き出し部材１１を降下させる。さらに、上プレート１２を上昇させて型セット１６を開放する。
（４）次に、不図示の搬送装置を用いて、型セット１６をプレスステージ３から冷却ステージ４に移送する。
At this time, the glass material 30 is pressed while measuring the pressing amount by the lower mold 18 on a measurement scale (not shown). Further, the protruding member 11 is moved up until the glass material 30 has a predetermined thickness.
(3) Next, as shown in FIG. 10, when the glass material 30 reaches a predetermined thickness, the press is completed. Next, cooling of the die set 16 on the press stage 3 is started. The cooling at this time is performed by adjusting the temperature of the upper cartridge heater 13 and the lower cartridge heater 15. Then, when the glass material 30 reaches a temperature near the glass transition point (Tg point), the protruding member 11 is lowered. Further, the upper plate 12 is raised to open the mold set 16.
(4) Next, the mold set 16 is transferred from the press stage 3 to the cooling stage 4 using a transfer device (not shown).
こうして、前述したと同様に、ガラス素材３０を所定温度に冷却した後、不図示の搬送装置を用いて型セット１６を成形室２の外部に搬出する。そして、型セット１６を分解し光学素子３１を取り出す。 Thus, as described above, after the glass material 30 is cooled to a predetermined temperature, the mold set 16 is carried out of the molding chamber 2 using a transport device (not shown). Then, the mold set 16 is disassembled and the optical element 31 is taken out.
本実施の形態によれば、ガラス素材３０よりも線膨張係数の小さい下型１８及び上型２０と、この下型１８及び上型２０よりも線膨張係数の小さいスリーブ２２を用い、加圧成形前に下型１８、上型２０、及びスリーブ２２の加熱膨張により上型２０の成形面とガラス素材３０とを接触させた後に下型１８を上動させるようにしたので、加熱完了時の下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａ間の隙間が大きく減少し、下型１８及び上型２０とスリーブ２２の加工を高精度に行う必要がなくなる。このため、型セット１６の各構成部材の加工の歩留まりを向上させることができる。 According to the present embodiment, the lower mold 18 and the upper mold 20 having a smaller linear expansion coefficient than the glass material 30 and the sleeve 22 having a smaller linear expansion coefficient than the lower mold 18 and the upper mold 20 are used for pressure molding. The lower mold 18 is moved upward after the molding surface of the upper mold 20 and the glass material 30 are brought into contact with each other by the thermal expansion of the lower mold 18, the upper mold 20, and the sleeve 22. The gap between the molding surfaces 18a and 20a of the mold 18 and the upper mold 20 is greatly reduced, and it is not necessary to process the lower mold 18 and the upper mold 20 and the sleeve 22 with high accuracy. For this reason, the processing yield of each component of the mold set 16 can be improved.
また、第２の実施の形態の効果と同様に、加熱開始時まではガラス素材３０が型に拘束されないので、型セット１６の搬送による振動があったとしても、搬送終了後の加熱工程中にガラス素材３０の自重による転がりで型中心に復帰する。 Similarly to the effect of the second embodiment, since the glass material 30 is not restrained by the mold until the start of heating, even if there is vibration due to the transportation of the mold set 16, during the heating process after the transportation is completed. The glass material 30 returns to the mold center by rolling due to its own weight.
さらに、ガラス素材３０の加熱時及び下型１８の上動時には、ガラス素材３０は下型１８及び上型２０の成形面１８ａ，２０ａに挟持されているので、その動作振動によってガラス素材３０が型中心から移動することもない。 Furthermore, when the glass material 30 is heated and when the lower mold 18 is moved upward, the glass material 30 is sandwiched between the molding surfaces 18a and 20a of the lower mold 18 and the upper mold 20, so that the glass material 30 is molded by the operating vibration. There is no movement from the center.
これにより、常にガラス素材３０は型中心で成形され偏肉不良やバリの発生がない光学素子を歩留まり良く製造することができる。 As a result, an optical element in which the glass material 30 is always formed at the center of the mold and is free from uneven thickness defects and burrs can be manufactured with high yield.
１ 光学素子の製造装置
２ 成形室
３ プレスステージ
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
１１ 突き出し部材
１２ 上プレート
１３ 上カートリッジヒータ
１４ 下プレート
１５ 下カートリッジヒータ
１６ 型セット
１７ エアシリンダ
１８ 下型
１８ａ 成形面
１８ｂ 平坦面
２０ 上型
２０１ フランジ部
２０２ 本体部
２０ａ 成形面
２２ スリーブ
２２ａ 上端面
２２ｂ 下端面
２４ 規制部材
２４ａ 上端面
２４ｂ 下端面
３０ ガラス素材
３１ 光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element manufacturing apparatus 2 Molding chamber 3 Press stage 4 Cooling stage 5 Base 6 Gas inlet 7 Gas outlet 8 Shutter 9 Shutter 11 Extrusion member 12 Upper plate 13 Upper cartridge heater 14 Lower plate 15 Lower cartridge heater 16 Type set 17 air cylinder 18 lower mold 18a molding surface 18b flat surface 20 upper mold 20 1 flange portion 20 2 main body portion 20a molding surface 22 sleeve 22a upper end surface 22b lower end surface 24 regulating member 24a upper end surface 24b lower end surface 30 glass material 31 optical element
Claims (4)
第１の成形型の凹状の成形面に前記光学素材を載置すると共に、前記第１の成形型に載置された前記光学素材に対して隙間を設けるように第２の成形型を保持部材で保持し、前記第１の成形型、前記第２の成形型及び前記保持部材を備える型セットを組立てる型組立て工程と、
前記型セット内の前記光学素材を加熱する加熱工程と、
前記第１の成形型の成形面と前記第２の成形型の成形面とによって前記光学素材をプレス成形する成形工程と、を有し、
前記加熱工程では、前記光学素材よりも線膨張係数の小さい前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを用い、前記成形工程の前に前記第１の成形型及び第２の成形型と前記保持部材とを加熱膨張することにより前記第２の成形型の成形面と前記光学素材とを接触させる
ことを特徴とする光学素子の製造方法。 In the method of manufacturing an optical element to obtain an optical element by heat-softening an optical material and press molding,
The optical material is placed on the concave molding surface of the first molding die, and the second molding die is held so as to provide a gap with respect to the optical material placed on the first molding die. A mold assembling step for assembling a mold set including the first mold, the second mold, and the holding member;
A heating step of heating the optical material in the mold set;
A molding step of press-molding the optical material with a molding surface of the first molding die and a molding surface of the second molding die,
In the heating step, the first mold and the second mold having a linear expansion coefficient smaller than that of the optical material and the holding member are used, and the first mold and the second mold are formed before the molding step. A method of manufacturing an optical element, wherein the molding surface of the second molding die and the optical material are brought into contact with each other by heating and expanding the molding die and the holding member .
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。 The method of manufacturing an optical element according to claim 1.
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