JPH04310528A - 光学素子の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス素材を加熱軟化
させて、成形型により押圧成形する光学素子の成形方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年レンズ、プリズムなどのガラス光学
素子を製造する方法として、ガラス素材を加熱軟化させ
、成形型により押圧成形する方法が開発され実施されて
いる。この方法は、従来高価と言われていた非球面光学
素子を低コストで大量生産し得るものとして注目されて
いる。上記成形方法における従来文献としては、特開昭
６２−９６３２９号公報や特開昭５９−１４１４３５号
公報などがある。上記前者の公報（特開昭６２−９６３
２９号）は、ガラス素材の粘度に応じて設定した成形速
度にて押圧成形する工程を、予備成形と本成形との２つ
の成形工程に分けて成形を行うものである。また、上記
後者の公報（特開昭５９−１４１４３５号）は、光学素
子の機能面を成形する上型を光学素子の他の機能面を成
形する下型の上部縁部に圧接するように構成したもので
ある。

【０００３】また、上記したように、光学素子の成形技
術の利用は益々拡大され、成形されるガラス素材の面で
いえば単一ガラス材から成る光学素子のみならず異種ガ
ラス材により構成される光学素子への適用へとその応用
範囲が拡がってきている。例えば、図１４および図１５
に示すような単ファイバー光学素子への応用がある。図
１４は、従来の単ファイバーの成形装置を示す側面より
の断面図である。また図１５は単ファイバーの形状を示
す側面よりの断面図であり図１６は単ファイバーを成形
により曲面を創成した成形後の形状を示す側面よりの断
面図である。図に示すように、両端面が平面に形成され
た円柱形状の単ファイバー８は、その円形の中央位置を
コア１１で形成し、そのコア１１の外周をクラッド１０
で被覆構成されており、コア１１とクラッド１０との界
面１２が構成されている。上記コア１１に用いるガラス
材について、屈折率は、極力大きい材質を用い、これに
対し、クラッド１０に用いるガラス材は、コア１１の屈
折率より小さく差の大きい材質のものが選ばれて構成さ
れている。その結果において単ファイバー８の一端面よ
り入射した光は、コア１１とクラッド１０との界面１２
でほとんど損失することなく反射しながら他端面から出
射される。また単ファイバー８にレンズとしてのパワー
を持たせるために、図１５に示すように一方の端面に曲
面１３を成形されている。

【０００４】上記のような単ファイバー８は、例えば少
ないレンズ枚数で広角範囲をカバーする照明光学系など
において極めて大きい効果を有しているが、上記したよ
うな光学的効果を発揮させるためには、成形後単ファイ
バー８の界面１２が適正な状態でなければならない。す
なわち、成形時に、界面１２の形状が波状的にうねった
りすることを防ぐ必要がある。

【０００５】ところが、上記した前者公報に記載された
成形方法においては、ガラス素材の外周部分が大きく変
形するために、上記界面１２が適正な状態でなくなると
いう欠点がある。

【０００６】また、後者公報に記載された成形方法にお
いては、光学素子の偏心を排除することは可能であるが
、所望の肉厚寸法を得るために、下型上部に設けた空隙
部にガラス素材の残余部を流入させるので、上記前者公
報と同じく界面１２が適正な状態にならないという欠点
がある。

【０００７】また、図１６にて示すように単ファイバー
８のクラッド１０とコア１１とを別々のガラス素材で形
成し、その素材の断面形状が皿状の搬送台２２の底部（
段部）２３内に装入載置して搬送するとき、コア１１が
クラッド１０の内径より落下しないように搬送台２２の
段部２３がコア１１の底面（端面）に当接するようにし
て落下を防ぐ必要がある。すなわち、単ファイバー８を
所望の形状に加圧するためには、下型２１の外径は搬送
台２２の段部２３に形成された孔の内径より小径に形成
されていることが必要である。従って、コア１１の外径
に対し、下型２１の外径は、かなり小径に形成されるこ
とにより、成形された単ファイバーレンズ９には、下型
２１の形状が転写される面積も小さくなり、要求される
光学性能が満足されないという欠点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した問
題点に鑑みてなされたもので、単ファイバーのコアとク
ラッドとの界面を適正な状態を保持しつつ、型の形状が
転写される面積を確保し光学性能が満足できる成形方法
を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明はコア
素材の外径がクラッド素材の内径より大径に、またコア
素材よりクラッド素材の軟化点が高い素材よりなる光学
素材用いて、両端面が平面成形されたコア素材と円筒状
に形成されたクラッド素材とを別々に搬送台内に挿入保
持し、この搬送台の上下方向より同軸上に対向配設した
上型および下型ならなる押圧成形型により成形する光学
素子の成形方法である。

【００１０】

【実施例１】本発明の光学素子の成形方法の実施例１を
図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明に係わる
光学素子の成形方法の成形室の概要を示す正面よりの断
面図である。図２は、図１に示すＡ部を拡大にて示す光
学素子の成形過程の要部を示す正面よりの断面図である
。図３は、図２に続く光学素子の成形過程の要部を示す
正面よりの断面図である。図４は、図３に続く光学素子
の成形過程の要部を示す正面よりの断面図である。図５
は、図４により成形された光学素子の成形品を示す正面
よりの断面図である。

【００１１】図に示すように、上下間に所望の間隔を設
けて配設された、上ベース２５と下ベース３３の上記間
隔の間にカバー２９にて箱状に囲い構成された成形室３
５が構成されている。この成形室３５の内部は、加熱中
不活性ガス雰囲気を保ように構成されている。上ベース
２５の中央位置には、孔を穿設し、その孔内に円柱状の
上型支持体２６の基端部が挿入固定されている。この上
型支持体２６の外周囲には、上型２０を加熱するための
円筒形状の上型ヒータ２７が配設されている。また上型
支持体２６の先端面には、図にしめすように基端部外周
の半径方向に段部を設け、この段部に、内径方向に鍔状
に突出形成した金型の押え部を有する上型押え環２８が
係合し、その基端内径と螺着等により一体的に装着され
ている。

【００１２】上記した下ベース３３には、上記した上型
支持体２６と対応した位置に穿設した孔に、上下動自在
の駆動手段（図示されず）と連動構成された主軸３４の
先端部に、上記上型と対応した形状の下型支持体３２の
基端部を固設し、貫通するよう構成されている。

【００１３】また下型支持体３２の外周に設けた段部上
には円筒形状の下型ヒータ３１が下型２１を加熱するよ
う構成配設されている。また下型支持体３２の先端面上
には、上記上型２０および上型押え環２８と同様に構成
された下型２１および下型押え環３０とが螺着などによ
り一体的に装着されている。

【００１４】上記単ファイバー８の外部に設けた加熱炉
（図示されず）にて加熱し、上記成形室３５内の下型２
１と上型２０間の成形位置に、搬送する帯状形の搬送台
移送アーム２４が入出自在に構成されている。すなわち
図２に示すように、円筒形状に形成された搬送台２２の
内周下端部には、半径方向に突出する搬送台段部２３が
形成されている。この搬送台段部２３の内径は、、被成
形素材（単ファイバー）８のクラッド１０の内径より大
径に形成されている。また成形後の単ファイバーレンズ
９を搬送台２２より離脱を容易とするために搬送台２２
の材質を、クラッド１０の硝材より膨張係数が小のもの
を用いている。例えば、クラッド１０の線膨張係数が１
０×１０−６に対し、搬送台２２は６×１０−６（超硬
金等）を用いている。

【００１５】上記搬送台２２の上端面には、搬送台２２
内にコア１１およびクラッド１０を積層装填し、そのク
ラッド１０の上面上より被成形部材を固定するためのリ
ング形状の蓋４２が搬送台２２の鍔状の外周と螺合構成
されている。また蓋４２の内径は、上記搬送台２２内に
積層装填したクラッド１０の外径より小径でクラッド１
０の内径より大径に成形されている。

【００１６】上記構成のクラッド１０とコア１１を収納
した搬送台２２を上記成形室３５内の上型２０と下型２
１間に搬送するために搬送移動アーム２４上に載置され
て搬送される。

【００１７】上記構成の成形装置による成形方法を図２
、図３および図４にて説明する。図２にて示すように、
被成形素材の形状は、両端面が平面からなる円柱形状の
コア１１と、円筒形状のクラッド１０との２分成形され
ている。コア１１の外径はクラッド１０の内径より大径
に成形されている。また、クラッド１０の内孔の空間部
の体積は、コア１１の体積と同等または、それ以上にな
るようクラッド１０の高さは設定されている。

【００１８】上記のように成形されたコア１１とクラッ
ド１０を図２にて示すように、コア１１を搬送台２２内
に挿入し、搬送台段部２３に当接載置する。続いてクラ
ッド１０を搬送台２２内に挿入し、コア１１に当接載置
する。最後に被成形部材（コア１１とクラッド１０）を
収納した搬送台２２の先端側に蓋４２を螺合装着してク
ラッド１０とコア１１を搬送台２２内に固定する。この
ように被成形素材（クラッド１０とコア１１）を収納し
た搬送台２２は、搬送台移動アーム２４により、成形室
３５の外部に設けた加熱炉（図示されず）にて所定の温
度まで加熱された後、成形室３５内の下型２１と上型２
０との間に搬送される。

【００１９】上記本実施例においてのクラッド１０とコ
ア１１の硝材としては、コア１１よりクラッド１０の方
が軟化点も高く、屈折率も大きい材料を用いている。例
えば、コア１１ではＳＦ１１（軟化点５７０℃、屈折率
１．７８４７）クラッド１０ではＢＫ７（軟化点７１５
℃、屈折率１．５１６３）などを用いている。

【００２０】成形室３５内の上型２０と下型２１との間
に搬送されたクラッド１０とコア１１を収納した搬送台
２２は、主軸３４が駆動して上昇することにより下型２
１も上昇し、搬送台２２の孔より、コア１１の端面を図
３にて示すように押圧する。この場合、下型２１がコア
１１を押圧することにより、先に加熱（約６５０℃）さ
れたときコア１１（軟化点５７０℃）は、軟化状態にあ
るが、クラッド１０（軟化点７１５℃）の軟化点は、コ
ア１１より高いがため、上記加熱（６５０℃）にてはク
ラッド１０は軟化しないので、その形状は変化しない。 更に下型２１が上昇し、コア１１のみが図４に示すよう
にクラッド１０内に挿入され押圧にてプレスされるが、
クラッド１０は蓋４２によりその高さ方向に（軸方向）
に規制されているため、コア１１は、クラッド１０内に
容易に挿入することができる。

【００２１】更に、下型２１が上昇するとコア１１のみ
がプレスされる。このためクラッド１０の高さ方向（軸
方向）への力は掛からない。これに対して半径方向には
力が生じるがクラッド１０の外径は搬送台２２に嵌合装
着されているがため、径方向にも変形は生じない。上記
プレス状態において、上型２０は図４に示すように、蓋
４２の孔よりクラッド１０の内径口を閉鎖する位置まで
押し上げられて、挿入されてくるコア１１をクラッド１
０内にプレス成形される。このようにプレス成形された
単ファイバーレンズ３９は、図５に示すように、クラッ
ド余り部３７とコア余り部３８が発生する。この余り部
３７および３８を研削加工などにより除去することによ
り所望の単ファイバーレンズが得られる。

【００２２】上記構成と方法による本実施例によれば、
コア１１のみがプレス成形されるため、クラッド１０は
変形されずに単ファイバーレンズ３９の界面１２が適正
な状態を保持することが可能になった。また、搬送台段
部２３の内径がクラッド１０の内径より大径に成形され
ているので、特に、下型２１の外径は、クラッド１０の
内径と略同径に設定できるようになり、型の形状が転写
される面積が広くなったので所望の光学性能が得られる
ようになった。また、搬送台２２の線膨張係数はクラッ
ド１０より小さいものを用いているので、搬送台２２と
クラッド１０とのクリアランスは加熱中は小さく（また
は締まりばめ）常温時では、大きいので成形後単ファイ
バーレンズの取り出しが容易となり、作業性が向上した
。

【００２３】

【実施例２】図６〜図９に基づいて本発明の光学素子の
成形方法の実施例２を説明する。図６は、本発明の実施
例２の光学素子の成形方法に用いる成形装置の要部正面
よりの断面図である。図７は、図６に示す成形装置によ
り成形される光学素子の成形方法の成形過程を示す正面
よりの断面図である。図８は、図７に続く成形過程を示
す正面よりの断面図である。図９は、図８の成形過程を
経て成形された光学素子を示す正面よりの断面図である
。なお図中において、上記実施例１にて用いた図１〜図
５における同一部材同一構成には、同一符号を用いてそ
の説明は省略する。

【００２４】図６に示すように、搬送台２２の内周下端
部に設けた搬送台段部２３上に、クラッド１０を挿入し
て、その下端面を当接し、更にその上端面上にコア１１
を挿入して、その下端面を当接載置されている。搬送台
２２の下端面の下方位置には下型２１が配設されている
。この下型２１の上端部を嵌合し、外径を搬送台２２の
上記搬送台段部２３の下端面に形成した凹部の内径と合
致形成したリング形状の位置決め部材４０を設けている
。この位置決め部材４０の外周に形成した段部と、下型
２１の基端部上面に設けた段部間にはコイル状の弾性部
材４１が軸方向に張力を付勢形成されて介在配設されて
いる。その他の構成などは、上記実施例１と同様につき
省略する。

【００２５】搬送台２２内にまずクラッド１０を挿入し
、搬送台段部２３にその一方の端面を当接し、続いてク
ラッド１０の他方の端面にコア１１の一方の端面を当接
載置した搬送台２２を搬送台移動アーム２４にて、加熱
炉にて移送し所定の温度に加熱する、続いて成形室３５
内の上型２０と下型２１間に搬送される。次に下型２１
が上昇すると図６に示すように位置決め部材４０により
搬送台２２の位置が規制される。またコア１１は、上記
加熱により軟化されており、更に下型２１が上昇すると
弾性部材４１を介した位置決め部材４０により搬送台２
２は、持ち上げられるとコア１１の下端面は、上型２０
に当接する。この当接によりコア１１は上型２０の成形
面に押圧されて変形して図７に示すようにクラッド１０
の内径内に入り込む。更に、下型２１が上昇することに
より、位置決め部材４０は弾性部材４１の張力により変
形して、下型２１に対して相対的に下降し、図８に示す
ようにコア１１のみがプレスされる。以後の成形過程は
上記実施例１と同一過程につき省略する。

【００２６】上記構成の本実施例による成形方法によれ
ば、位置決め部材４０により搬送台２２の位置が規制さ
れるので一層下型２１の外径をクラッド１０の内径に接
近することが可能になり、型の形状を転写する面積が大
きくなったという利点がある。

【００２７】

【実施例３】図１０〜図１３に基づいて、本発明の光学
素子の成形方法の実施例３を説明する。図１０は本発明
の実施例３の光学素子の成形方法に用いる成形装置の要
部正面よりの断面図である。図１１は、図１０に示す成
形装置により成形される光学素子の成形方法の成形過程
を示す正面よりの断面図である。図１２は、図１１に続
く成形過程を示す正面よりの断面図である。図１３は、
図１２の成形過程を経て成形された光学素子を示す正面
よりの断面図である。なお、図中において、上記実施例
１および実施例２にて用いた図１〜図９における同一部
材、同一構成には、同一符号を用いてその説明は省略す
る。

【００２８】図１０に示すとおり、本実施例と上記した
実施例１との成形上の相違点は、コア１４の形状が異な
る点である。すなわち、コア１４の両平面の円周縁近傍
（クラッド１０の内径と略同径）に切欠溝３６を設けた
点である。

【００２９】上記の相違点による切欠溝３６を設けたこ
とにより、コア１４は下型２１の上昇移動による変形が
容易となりより、クラッド１０の奥（内腔）まで入り込
むことができる。

【００３０】上記構成の本実施例による成形方法によれ
ば、コア１４のクラッド１０の内径とほぼ同一径近くに
切欠溝３６を設けたことにより、肉厚の単ファイバーレ
ンズが容易に成形することが可能となった。また本実施
例においては、コア１４の両端にそれぞれ切欠溝３６を
設けたが、単ファイバーレンズの肉厚の大小に応じて片
面のみでよく、また切欠溝３６の深さもコア１４の厚さ
に応じて設けられることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】上記実施例のとおり本発明によれば、コ
アのみがプレスされるため、クラッドは変形しないので
、単ファイバーレンズにおける界面が適正な状態を保持
することが可能となった。また、搬送台段部の内径がク
ラッドの内径より大径に形成できるようにしたので下型
の外径は、クラッドの内径と略同径に設定できるため型
の形状を転写する面積が大きくとれるなど所望の光学性
能が得られるという諸効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる光学素子の成形方法の成形室の
概要を示す正面よりの断面図である。

【図２】図１に示すＡ部を拡大にて示す本発明の実施例
１の光学素子の成形過程の要部を示す正面よりの断面図
である。

【図３】図２に続く光学素子の成形過程の要部を示す正
面よりの断面図である。

【図４】図３に続く光学素子の成形過程の要部を示す正
面よりの断面図である。

【図５】図４の成形過程より成形された光学素子を示す
正面よりの断面図である。

【図６】本発明の実施例２の光学素子の成形方法に用い
る成形装置の要部正面よりの断面図である。

【図７】図６に示す成形装置により成形される光学素子
の成形過程を示す正面よりの断面図である。

【図８】図７に続く光学素子の成形過程を示す正面より
の断面図である。

【図９】図８に示す成形過程を経て成形された光学素子
を示す正面よりの断面図である。

【図１０】本発明の実施例３の光学素子の成形方法に用
いる成形装置の要部を示す正面よりの断面図である。

【図１１】図１０に示す成形装置により成形される光学
素子の成形過程を示す正面よりの断面図である。

【図１２】図１１に続く成形過程を示す正面よりの断面
図である。

【図１３】図１２の成形過程を経て成形された光学素子
を示す正面よりの断面図である。

【図１４】従来の単ファイバーの成形装置を示す側面よ
りの断面図である。

【図１５】単ファイバーの形状を示す側面よりの断面図
である。

【図１６】図１５に示す単ファイバーを成形により曲面
を創成した成形後の形状を示す側面よりの断面図である
。

【符号の説明】

８　　単ファイバー ９　　成形後の単ファイバー １０　　クラッド １１，１４　　コア １２　　界面 １３　　曲面 ２０　　上型 ２１　　下型 ２２　　搬送台 ２３　　搬送台段部 ２４　　搬送台移動アーム ２５　　上ベース ２６　　上型支持体 ２７　　上型ヒータ ２８　　上型押え環 ２９　　カバー ３０　　下型押え環 ３１　　下型ヒータ ３２　　下型支持体 ３３　　下ベース ３４　　主軸 ３５　　成形室 ３６　　切欠溝 ３７　　クラッド余り部 ３８　　コア余り部 ３９　　蓋 ４０　　位置決め部材 ４１　　弾性部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　コア素材の外径がクラッド素材の内径
   より大径に、またコア素材よりクラッド素材の軟化点が
   高い素材よりなる光学素材において両端が平面形成され
   たコア素材と円筒状に成形されたクラッド素材とを別々
   に搬送台内に挿入保持し、この搬送台の上下方向より、
   同軸上に対向配設した上型および下型からなる押圧成形
   型によりプレス成形することを特徴とする光学素子の成
   形方法。